納米電化學的核心問題之一是測量界面的微觀化，進而探索和調控納米尺度下電荷傳輸和物質傳遞過程；而微觀化引起的電化學限域和界面尺度效應將隨之顯現。納米碰撞電化學是利用納米材料和電極表界面的碰撞信號對納米材料的性能進行研究的一種均相電化學分析方法。該方法不僅可以在納米限域尺度內考察納米材料的物化性質及構效關系，還可以服務于基于單顆粒電分析的生物傳感應用。與宏觀電化學方法相比，納米碰撞電化學可以提供單顆粒水平的動態電化學信息，顆粒傳質效率的提升可避免傳質受限對動力學信息準確提取的影響，因此，納米碰撞電化學可作為準確分析特定生物分子的有力工具。近年來，納米碰撞電化學在分析多種生物待測物方面得到了諸多應用，包括核酸、蛋白、脂質體、細胞、細菌、病毒等。

近日，中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所研究員繆鵬團隊發展了銀納米顆粒/DNA水凝膠組裝體系，基于銀納米顆粒在多硫化物層的電化學氧化設計了一種新型的納米碰撞電化學傳感策略：通過CRISPR/Cas響應的DNA水凝膠和級聯DNA鏈置換信號放大，在絲網印刷電極表面實現了目標核酸的無標記電化學檢測。當目標序列存在時，通過鏈置換和催化發卡組裝可以獲得包含原間隔相鄰基序的雙鏈DNA，研究人員激活CRISPR/Cas12，進而反式切割DNA水凝膠中的連接單鏈。通過凝膠到流體的相變，該研究實現銀納米顆粒的釋放。絲網印刷電極表面修飾的金層和多硫化物層能夠顯著增強銀納米顆粒的電化學氧化動力學，從而提高有效碰撞頻率。該方法通過采集碰撞頻率信息進行目標核酸的量化，克服了電流波動和納米顆粒異質性的干擾，并在生物樣本測試中表現出高度特異性和穩定性，對miR-141的檢測限低至4.21aM。該工作中發展的納米碰撞電化學傳感器具有較高靈敏度，能夠為核酸分析及臨床診斷提供有力工具。

相關研究成果發表在《納米快報》（Nano Letters）上。研究工作得到江蘇省杰出青年基金的支持。

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基于納米碰撞電化學策略的高靈敏核酸檢測示意圖

絲網印刷電極的修飾和銀納米顆粒的電化學碰撞

用于目標miRNA檢測的靈敏度、選擇性及生物樣本分析