基于双适配体调控CRISPR-Cas12a激活与自增强电化学发光的AFB1超灵敏检测新方法

《Journal of Future Foods》：Dual aptamer-regulated activation of CRISPR-Cas12a assisted self-enhanced electrochemiluminescence sensor for AFB1 detection based on ultrafine Au NCs-anchored g-C 3N 4

本研究针对黄曲霉毒素B1（AFB1）痕量检测难题，开发了一种基于Au NCs@g-C3N4自增强ECL发光体与CRISPR/Cas12a系统联用的"关-开"型传感器。通过双适配体锁定激活策略，实现了0.08 pg/mL的检测限，为食品污染物快速预警提供了新技术平台。

在谷物贮藏不当的粮仓里，一种肉眼不可见的强致癌物——黄曲霉毒素B1（Aflatoxin B1, AFB1）可能正悄然滋生。这种由黄曲霉产生的毒素，被世界卫生组织列为一类致癌物，即使浓度低至每公斤食品含0.5微克，也会对婴幼儿健康造成威胁。传统检测方法如高效液相色谱法虽精度高，但设备昂贵、操作复杂，难以满足现场快速检测的需求。

正是在这一背景下，大连民族大学生命科学学院的张晓波团队在《Journal of Future Foods》上发表了一项创新研究，他们巧妙地将基因编辑工具CRISPR-Cas12a与电化学发光技术相结合，研制出一种超高灵敏度的AFB1检测传感器。这项研究如同为食品安全检测领域装上了一个“分子雷达”，能够精准捕捉到痕量AFB1的存在。

研究人员首先合成了一种新型自增强电化学发光材料——金纳米簇锚定石墨相氮化碳（Au NCs@g-C₃N₄）。这种材料中，g-C₃N₄作为发光体，Au NCs作为共反应促进剂，二者协同作用使电化学发光信号强度提升2.73倍，且稳定性显著增强。更有趣的是，团队设计了双适配体调控的CRISPR-Cas12a激活系统：在没有AFB1时，激活剂被两个AFB1适配体“锁住”；当AFB1出现时，它会与适配体特异性结合，“钥匙”转动，释放激活剂从而启动Cas12a的“分子剪刀”功能。

关键技术方法包括：自增强ECL发光体的原位合成技术、双适配体调控的CRISPR-Cas12a激活系统、基于电化学发光共振能量转移的信号调控策略。实际样本检测选用玉米、大豆和花生三类易感作物，通过标准添加法验证准确性。

表征Au NCs@g-C₃N₄

透射电镜显示g-C₃N₄为类石墨烯超薄层状结构，锚定的Au NCs平均尺寸3.0纳米。X射线光电子能谱证实Au-N键形成，这种强相互作用使材料在连续扫描20周期后仍保持93.3%信号强度。

ECL性能与机理研究

在含有K₂S₂O₈的体系中，Au NCs@g-C₃N₄/GCE产生16121 a.u.的强发光信号。机理研究表明，Au NCs促进S₂O₈^2?还原产生大量SO₄^•?自由基，进而与材料阴离子自由基反应生成激发态发光。

传感器可行性验证

荧光实验证实双适配体锁定策略可有效降低背景信号。当AFB1存在时，Cas12a被激活并切割ssDNA，使ECL信号从“关”态恢复至“开”态。电化学阻抗谱显示DNA剪切后电子转移阻力显著降低。

分析性能评估

传感器在0.2 pg/mL-100 ng/mL范围内呈良好线性，检测限低至0.08 pg/mL。对DON、ZEN等8种常见霉菌毒素表现出高特异性，在实际样品中回收率达95.0%-104.8%，与高效液相色谱法结果误差小于±4.6%。

该研究成功构建了CRISPR-Cas12a驱动的智能检测平台，通过双适配体锁定策略有效避免脱靶剪切，同时创新性地采用自增强ECL材料提升信号稳定性。这种将基因编辑工具与传感技术跨界融合的策略，不仅为AFB1检测提供了新范式，更开创了食品安全检测技术的新方向。研究者指出，通过更换适配体识别单元，该平台可扩展至其他霉菌毒素检测，在农产品质量监控、进出口检验等领域具有广阔应用前景。