CRISPR/Cas12a与自增强近红外硒基聚合物点：开启疱疹病毒超灵敏检测新时代

研究背景 

疱疹病毒（HSV）是一种高传染性DNA病毒，感染后可长期潜伏于神经组织，引发复发性症状（如口唇疱疹、生殖器疱疹），甚至导致严重并发症（如脑炎）。目前临床主要依赖PCR技术检测HSV，但其依赖昂贵设备、复杂操作和严格实验环境，限制了基层医疗应用。 

电化学发光（ECL）技术通过电化学反应产生光信号，具有灵敏度高、背景噪声低等优势，是理想的检测手段。然而，传统ECL材料（如无机量子点）存在重金属污染风险，且发光波长多位于可见光区，易受生物样本自发荧光干扰。如何开发环保型近红外发光材料并提升检测特异性，成为该领域的关键挑战。

研究原理 

1. 自增强近红外硒基聚合物点的设计与合成 

研究团队创新性地合成了硒掺杂的有机聚合物点（TEA-Pdots）。硒原子的大原子半径增强了聚合物的共轭平面性，促使发光波长红移至近红外区（760 nm），显著降低背景干扰（图1B）。此外，聚合物主链中的叔胺基团在电化学氧化过程中产生自增强效应，无需额外共反应试剂即可高效发光（图2C）。 

2. CRISPR/Cas12a系统的高特异性识别 

CRISPR/Cas12a通过crRNA与靶DNA特异性结合，激活非特异性单链DNA切割活性。当样本中存在HSV时，Cas12a蛋白切割触发DNA（trigger DNA），阻断后续催化发夹组装（CHA）信号放大，导致ECL信号变化（图3）。 

3. 信号放大与检测流程 

- 电极修饰：TEA-Pdots通过羧基固定在玻碳电极表面，并与氨基修饰的发夹DNA（H1）连接（图3B）。 

- 靶标识别：靶DNA激活Cas12a切割触发DNA，阻止H1与淬灭单元标记的H2结合。 

- 信号输出：未切割的触发DNA通过CHA循环放大信号，ECL强度与靶DNA浓度呈正相关（图4A）。 

研究亮点 

1. 近红外自增强发光材料：TEA-Pdots的760 nm近红外发射有效避开生物样本背景荧光，量子效率提升30%（图1B）。

2. CRISPR/Cas12a双重功能：兼具靶标识别与信号放大，特异性识别单碱基错配。

3. 环保与高灵敏度：硒基聚合物点无重金属污染，检测限达0.1 fM（图4B），较传统PCR提升1000倍。

4. 稳定性优异：传感器在7天内保持88.5%初始响应，RSD低于3%。

总结与展望

此设备具有良好的检测性能，线性范围宽(1 fM–1 nM（R²=0.995）)，实际样本回收率达95.9%–119%（RSD<5%），适用于复杂临床样本。在即时检测等方面具有巨大的应用潜力：比如结合便携式ECL设备，可开发HSV快速检测试剂盒；通过设计不同crRNA，适配其他病毒（如HPV、HIV）检测；而且近红外发光特性为组织穿透性检测提供可能。

这项研究通过CRISPR/Cas12a系统与新型发光材料的创新融合，为病毒检测领域树立了新标杆。其高灵敏、高特异及环保特性，不仅为HSV临床诊断提供突破性工具，更为未来病原体即时检测技术开辟了广阔前景。

图文解析

图1 TEA-Pdots的形貌与光学特性

图2 TEA-Pdots的ECL机制

图3 设备原理示意图

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117597

期刊：Biosensors and Bioelectronics