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济南大学葛慎光教授团队 ACS AMI：可编程T结构辅助CRISPR/Cas12a电化学发光生物传感器检测Sa-16S rDNA

时间：2023-01-10 来源： 浏览：

济南大学葛慎光教授团队 ACS AMI：可编程T结构辅助CRISPR/Cas12a电化学发光生物传感器检测Sa-16S rDNA

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#电致化学发光 3 个
#链置换扩增反应 2 个
#CRISPR/Cas12a 2 个
#Zr基卟啉金属有机骨架材料 2 个
#Sa-16S rDNA 2 个

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电致化学发光（ ECL ）生物传感器具有选择性好、可控性强、灵敏度高、响应速度快、线性范围宽、操作简便等优点，在疾病的早期诊断等方面展现出了巨大的应用潜力。目前，构建高效、灵敏的 ECL 生物传感器仍然面临着许多挑战：一方面要克服纳米发光体的 ECL 效率低于经典 ECL 试剂的难题，探寻提高 ECL 强度的新途径；另一方面致力于提高传感器识别元件的特异性和识别效率，为目标物的高灵敏检测提供新策略。基于此，本文以 ECL 为生物分析检测手段，通过合成新型纳米材料 PCN-224 作为共反应促进剂加入体系中提高了 ECL 强度，并结合链置换反应信号放大策略以及 CRISPR/Cas12a 反式切割特性 ，构建了一种 ECL 生物传感器，实现了对痕量目标物的超灵敏检测，为 ECL 生物分析提供了新思路。

济南大学葛慎光教授团队在《 ACS Applied Materials & Interfaces 》期刊上发表了题为 “Programmable T ‑ Junction Structure-Assisted CRISPR/Cas12a Electrochemiluminescence Biosensor for Detection of Sa-16S rDNA” 的文章（ DOI: 10.1021/acsami.2c18930 ），硕士研究生刘雅琪第一作者。在此，该课题组制备了一种链置换扩增 (SDA) 辅助 CRISPR/Cas12a (LbCpf1) 电化学发光 (ECL) 生物传感器，用于实现金黄色葡萄球菌 (Sa)-16S rDNA 的超灵敏检测。制备了 Zr 基卟啉金属有机骨架 (PCN-224) 纳米材料作为共反应促进剂，促进了共反应液（ K 2 S 2 O 8 ）中 S 2 O 8 2 − 和 SO 4 * − 的转换，从而增强了与 CdS 量子点的反应，放大了 ECL 发射信号。同时，在 Sa-16S rDNA 存在的情况下， DFP1 和 DFP2 在 Klenow 和 Nt 酶的作用下激活 SDA （图 1 ）。 Nt.BbvCI 特异性识别 Sa-16S rDNA 形成缺陷的 T 结构，生成第二引物启动循环。这种结构通过 SDA 将输入信号 (Sa-16S rDNA) 转化为大量的单链 DNA 产物 (SP) 。 SP 作为激活剂，激活 CRISPR/Cas12a 的任意侧链切割 ( 反式切割反应 ) （图 2 ），进一步实现对 ECL 信号的有效湮灭。该 ECL 平台对 Sa-16S rDNA 的检测性能良好，响应范围为 1fM-10 nM （图 3 ），检出限为 0.437 fM (S/N = 3) ，具有良好的灵敏度和特异性。因此，该方法也为临床诊断开辟了一种新的策略。
图 1 CRISPR/ cas12a 介导 Sa-16S rDNA 的 ECL 生物传感器示意图 (A) ， PCN-224/CdS 量子点的 ECL 机制 (B) 。
图 2 (A) CRISPR/Cas12a 系统反式切割示意图。 (B) 不同核酸片段的凝胶电泳图。 (C) PCN-224/CdS 量子点修饰电极的 ECL 反应， (a) 存在 Cas12a/crRNA/SP ， (b) 不存在 Cas12a/crRNA/SP 。 (D) 10pM Sa-16S rDNA 两个循环与一个循环的 ECL 性能比较。
图 3 (A) Sa-16S rDNA 在 1 fM 、 10 fM 、 100 fM 、 1 pM 、 10 pM 、 100 pM 、 1 nM 和 10 nM 浓度下的生物传感器 ECL 强度。 (B) 稳定性测试。 (C) Sa-16S rDNA 浓度对数值与 ECL 强度的相关曲线。 (D) 传感器选择性， 1 ：空白， 2 ： Vp-16S rDNA ， 3 ： Ef-16S rDNA ， 4 ： Pa-16S rDNA ， 5 ： Pm-16S rDNA ， 6 ：混合， 7 ： Sa-16S rDNA 。 (S.D, n = 3) 。

作者简介

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张彦，博士，教授，山东省泰山学者青年专家、国家“博新计划”人选、中国青少年科技创新奖获得者、“挑战杯”竞赛全国一等奖获得者（首位）、 Frontiers in Chemistry  副主编、 Biosensors  编委、 Journal of Analysis and Testing  青年编委。围绕纸基微流控分析及柔性电子器件开展课题研究，以第一 / 通讯作者在 Adv. Mater. 、 Sci. Bull. 、 Nano Energy 、 Anal. Chem.  等期刊发表一区论文 20 余篇，其中 1 篇入选 ESI 热点论文。荣获山东省教学成果奖（高等教育类）一等奖、山东省自然科学奖二等奖、中国分析测试协会科学技术二等奖、中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖等省部级以上奖励多项；作为第一发明人授权发明专利 5 项；主持国家自然科学基金、国家博士后创新人才支持计划、泰山学者青年专家计划、山东省高校青创科技计划创新团队等省部级以上项目 5 项；指导学生荣获全国大学生生命科学竞赛国赛特等奖、山东省研究生优秀成果奖一等奖、山东省大学生科技创新大赛一等奖等省级奖励 15 项。

葛慎光，教授，博士生导师。主要从事生物分析与传感，疾病快速 / 精准诊疗策略开发、功能纳米材料制备、纸芯片即时检测技术研究等。以第一作者或通讯作者在  Analytical Chemsitry 、 Biosensors and Bioelectronics 、 Applied Catalysis B: Environmental 、 Journal of Materials Chemistry A 、 Chemical Engineering Journal 等期刊共发表  SCI 收录论文 100 余篇；第一发明人获授权发明专利 16 项。主持国家自然科学基金项目 5 项，山东省优青项目 1 项，山东省重点研发计划 2 项等项目 10 余项；研究成果得到国内外专家关注，并且已经在相关产业得到应用，获山东省自然科学一等奖 1 项，山东省高等学校优秀科研成果奖一等奖 1 项，中国分析测试协会科学技术二等奖 1 项，中国石油和化学工业联合会科技进步二等奖 1 项。

原文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c18930

相关进展

济南大学葛慎光教授课题组《ACS AMI》: 三重放大电化学发光生物传感器用于灵敏检测miRNA-141

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