基于MoS2功能化膜增强环境DNA捕获能力的水生生物检测技术突破

《National Science Review》：A tailored MoS2 membrane with strong DNA binding capability enhances aquatic biota detection through environmental DNA metabarcoding

【编辑推荐】针对环境DNA（eDNA）检测中DNA捕获效率低、分子选择性差的技术瓶颈，本研究开发了二硫化钼（MoS2）修饰的混合纤维素酯膜。通过范德华力增强DNA结合特异性，实验室与野外实验证实该膜显著提升eDNA检测灵敏度，为二维纳米材料在环境生物技术中的应用开辟新途径。

　　

随着水生生态系统监测需求的日益增长，环境DNA（environmental DNA，简称eDNA）技术凭借其非侵入性、高灵敏度等优势，逐渐成为生物多样性评估的重要工具。当前主流的主动式eDNA采样方法主要通过水体过滤浓缩DNA，在低DNA浓度的水域中颇具应用价值。然而，该技术仍面临三大核心挑战：传统滤膜对DNA的捕获效率有限，缺乏特异性结合能力，且操作过程中易引入污染。这些缺陷直接导致检测灵敏度降低，最终影响生物多样性分析的准确性。

为突破上述技术瓶颈，研究团队创新性地将二维纳米材料二硫化钼（MoS₂）应用于滤膜改性领域。通过在水处理常用的混合纤维素酯（Mixed Cellulose Ester，MCE）膜表面构建MoS₂涂层，成功开发出具有强DNA亲和性的复合滤膜。该设计的创新之处在于巧妙利用MoS₂中硫原子与DNA碱基中氧/氮原子间的范德华力（van der Waals force），实现了对DNA分子的高效选择性捕获。

在技术方法层面，研究团队首先通过材料合成工艺在MCE基底上制备MoS₂涂层，随后通过实验室模拟测试验证其DNA结合特性，最终利用海洋鱼类eDNA进行野外实证研究。整个过程注重实际应用性，确保膜材料具备低成本、可规模化生产和免后续处理的优势。

【膜性能验证】通过对比实验发现，MoS₂-MCE膜对DNA的捕获效率显著优于传统滤膜，且对不同片段长度的DNA均保持稳定结合能力。

【选择性增强机制】光谱分析表明，MoS₂与DNA碱基间的特异性相互作用是提升选择性的关键，该机制有效减少了环境样本中杂质分子的干扰。

【野外应用验证】在海洋环境实测中，使用该膜采集的eDNA样本经代谢条形码（metabarcoding）分析后，成功检测到更多鱼类物种，证实其提升生物多样性评估准确性的实用价值。

本研究首次将二维纳米材料膜引入eDNA采集领域，不仅为解决当前eDNA检测中的技术难题提供了创新方案，更开创了纳米材料在环境生物技术中应用的新范式。该技术具备易于推广、成本可控的特点，为未来开发高性能环境监测工具奠定了坚实基础，对推动水生生态系统保护具有重要实践意义。相关成果已发表于《National Science Review》。