MRS-CRISPR生物传感器的检测原理

研究人员开发的MRS-CRISPR生物传感器利用了磁共振松弛开关（MRS）技术和CRISPR/Cas12a系统的特异性识别能力。在没有沙门氏菌的情况下，碱性磷酸酶（ALP）通过链霉亲和素（streptavidin）与磁性纳米颗粒（MNPs）表面修饰的生物素化单链DNA（ssDNA）结合，形成复合物。ALP催化底物2-磷酸-L-抗坏血酸三钠盐（AAP）转化为抗坏血酸（AA），释放的H⁺溶解碳酸钙（CaCO₃），释放出的Ca²⁺与海藻酸钠溶液反应形成水凝胶，导致横向弛豫时间（T₂）值降低。而当沙门氏菌存在时，其基因invA激活CRISPR/Cas12a系统的反式切割活性，切割MNPs表面的ssDNA，阻止ALP与MNPs的结合，进而干扰水凝胶的形成，导致T₂值升高。通过测量T₂值的变化，可以实现对沙门氏菌的定量检测。

MRS-CRISPR生物传感器的性能

该MRS-CRISPR生物传感器展现出优异的检测性能。其检测限低至158 CFU/mL，线性检测范围为3.16×10²至1.6×10⁷ CFU/mL。与传统的基于磁性纳米颗粒的MRS传感器相比，该传感器直接调控水分子的弛豫行为，克服了传统传感器依赖MNPs间接产生T₂信号的局限性，提高了检测的稳定性和灵敏度。此外，该传感器还具有良好的特异性，能够准确区分沙门氏菌与其他常见食源性病原菌，如福氏志贺菌、大肠杆菌、蜡样芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌。

实际样本检测与应用潜力

为了验证MRS-CRISPR生物传感器在实际样本检测中的应用潜力，研究人员进行了鸡肉样本的加标回收实验。实验结果表明，该生物传感器对鸡肉样本中沙门氏菌的检测回收率在87.91%至98.63%之间，相对标准偏差（RSD）小于10%，显示出良好的重复性和准确性。这表明该生物传感器在实际食品样本检测中具有广阔的应用前景。通过简单更换crRNA，该生物传感器还可以扩展用于其他食源性病原菌的检测，为食品安全检测提供了一种新的、灵敏的平台。

关键发现

1、该传感器利用CRISPR/Cas12a系统识别沙门氏菌的基因invA，并通过切割磁性纳米颗粒（MNPs）表面的单链DNA（ssDNA）来阻止碱性磷酸酶（ALP）的结合。这种机制干扰了水凝胶的形成过程，导致横向弛豫时间（T₂）值的变化，从而实现对沙门氏菌的定量检测。

2、MRS-CRISPR生物传感器展现出极高的灵敏度，检测限低至158 CFU/mL，线性检测范围为3.16×10²至1.6×10⁷ CFU/mL。此外，该传感器对沙门氏菌具有良好的特异性，能够准确区分沙门氏菌与其他常见食源性病原菌，如福氏志贺菌、大肠杆菌、蜡样芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌。

3、与传统的基于磁性纳米颗粒的MRS传感器相比，该传感器直接调控水分子的弛豫行为，克服了传统传感器依赖MNPs间接产生T₂信号的局限性，提高了检测的稳定性和灵敏度。此外，通过简单更换crRNA，该生物传感器还可以扩展用于其他食源性病原菌的检测。

未来展望与应用潜力

综上所述，MRS-CRISPR生物传感器的开发为沙门氏菌的快速检测提供了一种创新的方法。它巧妙地结合了CRISPR/Cas12a系统的特异性识别能力和水凝胶溶胶-凝胶转变对水分子弛豫行为的直接调控，实现了对沙门氏菌的高灵敏度、高特异性检测。尽管该方法在实际应用中仍面临一些挑战，如操作步骤较为复杂、需要专业的DNA提取和纯化设备等，但随着技术的不断进步和优化，MRS-CRISPR生物传感器有望在食品安全检测领域发挥重要作用，为保障食品安全提供有力的技术支持。