引言：

随着全球对食品安全和水源卫生的日益关注，快速、灵敏地检测病原体已成为公共卫生领域的一个重要需求。近期，一项基于CRISPR/Cas12a的创新技术——空气置换增强的光纤嵌入式微流控生物芯片（AEFB），以其无需核酸扩增、高灵敏度和快速检测的特点，为病原体检测带来了革命性的变革。

AEFB技术由中国人民大学的科研团队开发，它结合了CRISPR/Cas12a的高特异性切割能力和光纤生物传感器的高灵敏度荧光检测技术。这项技术通过一个简单的空气-溶液置换过程，显著提高了光纤生物传感器表面的蒸发波场强度，从而增强了光物质相互作用和荧光耦合及收集效率，实现了对环境病原体大肠杆菌O157:H7的超高频、无需核酸扩增的超高灵敏度检测。

结果显示AEFB 实现了对大肠杆菌 O157：H7 的高频和无扩增超灵敏检测，LOD 为 176 cfu/mL。与 RT-PCR 的比较显示出的较强的线性关系表明， AEFB 的准确性和可靠性极好，同时证明AEFB 具有高度可扩展性，可用于病原体的快速（<45 分钟）和高频检测和预警。

技术原理解析：

AEFB技术的核心在于利用CRISPR/Cas12a系统对特定DNA序列进行识别和切割。CRISPR/Cas12a是一种来自细菌的免疫蛋白，能够通过设计特定的导向RNA（crRNA），精确识别并切割目标DNA序列。在AEFB系统中，crRNA被设计为特异性识别大肠杆菌O157:H7的rfbE基因。

图1：AEFB的制造和表征。（A）AEFB的制备和检测原理。（B） AEFB 的图像。（C）纤维包埋的微流控生物芯片示意图（中）、微流控生物芯片的图像（上图）和功能化纤维生物传感器（下图）。

图1展示了AEFB的制备和检测原理。该系统包括一个便携式蒸发波荧光检测装置和一个光纤嵌入式微流控生物芯片。当激发光进入锥形光纤生物传感器时，通过全内反射（TIR）在光纤中传播，并在光纤生物传感器表面产生蒸发波，激发荧光标记的生物分子，荧光随后耦合回光纤传感器并被光电探测器检测。

创新点：空气置换增强机制

AEFB技术的一个创新点提出了CRISPR/Cas12驱动的空气置换增强倏逝波荧光纤维嵌入的微流控生物芯片，当溶液被空气置换时，由于空气的折射率低于溶液，这导致V数值（一个无量纲数，与光纤模式容量有关）的增加，从而增强了蒸发波场强度和荧光耦合及收集效率。空气置换增强了光与物质的相互作用和荧光收集效率，灵敏度提高了30倍，而且通过简单的空气置换步骤，实现了对光纤生物传感器的再生，为连续检测提供了可能。

AEFB技术的优势：

无需核酸扩增：AEFB技术无需对样本进行核酸预扩增，减少了设计复杂性、检测周期和交叉污染风险。

高灵敏度：通过空气置换增强机制，AEFB实现了比传统CRISPR/Cas生物传感系统更高的灵敏度。

快速检测：从DNA提取到检测完成，整个过程小于45分钟，有利于病原体的高频检测。

高选择性：基于CRISPR/Cas12a的特异性，AEFB对目标病原体具有高度的选择性。

可扩展性：该技术可扩展至其他病原体的检测，具有广泛的应用前景。

结论与展望：

AEFB技术以其快速、灵敏、无需核酸扩增的特点，为病原体检测提供了一种新的解决方案。它不仅适用于实验室环境，也适合于现场快速检测，对于提高食品安全和水源卫生的监控能力具有重要意义。随着技术的进一步发展和优化，AEFB有望在更广泛的领域得到应用，为全球公共卫生安全贡献力量。

Doi：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134037