CRISPR/Cas12a触发DNA风车驱动双模式自供能生物传感器：电容信号放大实现地中海贫血基因CD17的超灵敏便携检测

本工作创新性地构建了CRISPR/Cas12a触发的DNA风车（DNA Windmill, DW）纳米结构驱动双模式自供能生物传感器（SPB），结合电容信号放大技术，实现了对地中海贫血基因CD17的超灵敏（aM级别）便携检测。通过级联放大（RCA-Cas12a-DW）策略、AuNPs/GDY复合电极增强电子传递，以及酶生物燃料电池（EBFC）与智能手机蓝牙读出的集成，突破了传统检测技术在灵敏度与便携性方面的瓶颈，为遗传病POCT诊断提供了新范式。

　　

Section snippets

Reagents, instruments, preparation of nanomaterials and assembly of biosensors

本实验所用试剂、仪器、纳米材料制备及生物传感器组装方法详见支持信息。实验所用寡核苷酸序列见S1。

Preparation of DW

将H3（10 μL, 1 μM）与H2（10 μL, 1 μM）于95°C加热5分钟，冷却至室温1小时，获得H2/H3复合物，保存于4°C。将H4（30 μL, 1 μM）与180 μL金纳米颗粒（AuNPs）混合后，于37°C振荡孵育12小时。

Characterization of the nanomaterial

采用透射电子显微镜（TEM）对纳米材料形貌进行表征。结果显示，石墨炔（GDY）呈片层结构且具有较大比表面积（图1A），为AuNPs负载提供了丰富位点。图1B显示AuNPs/GDY复合材料中AuNPs均匀分布在GDY表面，显著提高了电子传输效率。

Conclusion

本研究开发了一种CRISPR/Cas12a触发DNA风车驱动的双模式自供能生物传感器，结合电容信号放大技术，实现了对地中海贫血基因CD17的超灵敏便携检测。AuNPs/GDY复合材料以其优异导电性和高比表面积显著提升了传感器灵敏度与稳定性。有序的DNA风车（DW）结构作为亚甲基蓝（MB）的高容量载体，通过氧化还原反应与显色变化实现了双模式信号放大，而CRISPR/Cas12a系统则充当了高特异性分子开关。该平台兼具超低检测限（电化学模式36.0 aM，比色模式52.1 aM）、宽线性范围（5个数量级）及良好临床样本适应性，为现场即时检测（POCT）提供了创新解决方案。