近日，南京邮电大学材料科学与工程学院、柔性电子全国重点实验室汪联辉教授、朱丹教授与上海交通大学医学院附属仁济医院左小磊研究员合作，在CRISPR/Cas12a即时诊断领域取得重要突破。相关成果以“Accelerated CRISPR/Cas12a-Based Point-of-Care Diagnostics Through Critical Coupling Distance Control”为题发表在国际顶级期刊Advanced Materials（《先进材料》）上。重点实验室汪联辉教授、朱丹教授和上海交通大学医学院附属仁济医院左小磊研究员为共同通讯作者，博士生苏桐为论文第一作者。
即时、精准的病原体核酸检测对于传染病的防控至关重要。尽管聚合酶链反应（PCR）是目前核酸检测的金标准，但其依赖昂贵的专业设备和训练有素的操作人员，难以在资源有限的现场环境中实现即时检测。近年来，CRISPR/Cas12a诊断技术因其卓越的靶标识别能力和反式切割活性而备受关注，但其检测速度缓慢（通常需要20-30分钟）和灵敏度不足严重制约了其在即时诊断（POCT）中的实际应用。
针对这一技术瓶颈，研究团队创新性地设计了三嵌段DNA介导的球形核酸（triblock Spherical Nucleic Acid, tSNA），作为精确空间限域的CRISPR/Cas12a报告探针。该探针通过在金纳米颗粒表面精确调控底物之间的距离，使Cas12a蛋白能够在尺寸匹配的间距下快速识别高度富集且伸展的单链DNA底物。研究团队通过精确调控聚腺嘌呤（polyA）的长度，实现了底物在纳米界面上距离的精准编程。实验结果表明，只有当底物间距超过Cas12a蛋白尺寸时，才能为其提供合适的反应空间。基于tSNA的CRISPR/Cas12a系统展现出卓越的检测性能，A30-tSNA的反式切割速率比溶液体系中快12倍，灵敏度提升了两个数量级。研究进一步揭示，Cas12a在tSNA表面呈现一种快速的“滑行”反应模式，能够在5分钟内完成底物的高效切割。这一发现为Cas12a酶活性的调控提供了全新视角，建立了“尺寸匹配”模型。将tSNA作为新型识别与显色元件应用于侧向层析试纸条后，该平台可将病原体核酸检测时间缩短至3分钟，实现CRISPR/Cas12a侧向层析检测系统的快速检测。进一步研究表明，该平台具有良好的通用性和模块化设计潜力，可拓展至多种病原体核酸及ATP等非核酸靶标的检测，在传染病防控、食品安全检测和临床诊断等领域具有广阔的应用前景。
该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省基础研究计划、江苏省“一带一路”创新合作项目、传感器技术全国重点实验室项目以及有机电子与信息显示国家重点实验室项目等资助。
图1. 三嵌段DNA介导的球形核酸（triblock Spherical Nucleic Acid, tSNA）设计及检测原理示意图
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202523381
（撰稿：朱丹 编辑：陈宁娜 审核：凌海峰）