揭示MOF衍生的CuFe?O?作为Ru(bpy)?2?电化学发光（ECL）催化促进剂的作用：一种基于CRISPR/Cas13a的miR-17检测策略

《Sensors and Actuators Reports》：Unveiling MOF-Derived CuFe 2O 4 as a Catalytic Promoter of Ru(bpy) 32? ECL: A CRISPR/Cas13a-Based Strategy for miR-17 Detection

本研究开发了一种基于MOF衍生多孔CuFe2O4纳米球与CRISPR/Cas13a触发的HCR信号放大的超灵敏ECL生物传感器，成功检测miR-17，检测限达9.23 aM，线性范围20-5000 aM，并实现血清中高回收率（95.2%-104.8%）。

　　在当前生物医学研究领域，microRNA（miRNA）因其在多种疾病中的关键作用而备受关注。miR-17作为一种重要的miRNA，已被证实与癌症及其他多种疾病密切相关。为了实现对miR-17的高灵敏度和高选择性检测，研究人员开发了一种基于电化学发光（ECL）技术的生物传感器。该传感器结合了金属有机框架（MOF）衍生的多孔CuFe?O?纳米球与CRISPR/Cas13a系统触发的杂交链反应（HCR）信号放大策略，为miRNA的检测提供了新的思路。

多孔CuFe?O?纳米球因其高比表面积和优异的催化性能，成为ECL信号增强的理想材料。在这一研究中，研究人员通过热解Fe-PB（普鲁士蓝）获得了CuFe?O?纳米球，并通过进一步的修饰，将其与金纳米颗粒（AuNPs）结合，从而提升电导率并促进DNA探针的有效固定。这种复合结构不仅增强了材料的电化学性能，还为后续的信号放大提供了必要的平台。

CRISPR/Cas13a系统作为一种高效的RNA识别工具，能够特异性地识别目标miRNA并触发转切割反应。该系统具有简单结构和高效的信号放大能力，特别是在与等温扩增策略如HCR结合后，可以实现对miRNA的亚飞摩尔级检测。通过CRISPR/Cas13a触发的HCR反应，不仅提高了信号的灵敏度，还增强了检测的特异性，避免了对其他类似miRNA的干扰。这一特性对于实际应用中的复杂生物样本尤为重要，因为这些样本中通常存在多种miRNA，需要高效的区分能力。

电化学发光技术以其高灵敏度和宽动态范围，在生物分析领域展现出巨大潜力。ECL结合了电化学和化学发光的优点，能够提供快速、高灵敏度的检测方法。在本研究中，通过使用Ru(bpy)?2?作为发光试剂，结合TPrA作为电子传递媒介，研究人员成功构建了一种能够实现亚飞摩尔级miR-17检测的ECL生物传感器。这种组合不仅提升了信号强度，还优化了电子传递效率，从而增强了整个检测系统的性能。

在实验过程中，研究人员对多种关键参数进行了系统优化，包括CRISPR/Cas13a的孵育时间、CuFe?O?的浓度、ECL测试的施加电位以及DNA探针的浓度。通过调整这些参数，他们实现了最佳的信号响应，确保了生物传感器的高灵敏度和稳定性。例如，CRISPR/Cas13a的孵育时间被优化为40分钟，这表明反应已经充分完成，信号趋于稳定。CuFe?O?的最佳浓度被确定为0.6 mg/mL，这一浓度能够最大化其催化性能，而不会导致信号饱和。

此外，研究人员还对生物传感器的特异性进行了深入评估。通过测试miR-17与几种非目标miRNA（如单碱基错配和三碱基错配的miRNA）以及无关的miRNA（如miR-21）的反应，他们发现该生物传感器能够有效区分miR-17，其交叉反应率低于5%。这一结果表明，该传感器在实际应用中具有极高的选择性，能够准确识别目标miRNA而不受其他分子的干扰。

为了验证生物传感器的稳定性，研究人员在不同时间点进行了重复测试，并记录了ECL信号的变化。结果显示，即使在连续测试20次后，信号的相对标准偏差（RSD）仍低于4%，这表明该生物传感器具有良好的长期稳定性。这一特性对于实际应用至关重要，尤其是在需要长时间监测miRNA水平的临床场景中。

为了评估该生物传感器在实际样本中的应用效果，研究人员使用稀释的人类血清样本进行了回收实验。结果表明，该传感器在不同浓度的miR-17检测中，回收率在95.2%至104.8%之间，表明其在复杂生物基质中的检测性能良好。这一结果不仅验证了生物传感器的实用性，还为其在临床诊断和疾病监测中的应用奠定了基础。

在材料表征方面，研究人员通过XRD、SEM、HRTEM、XPS和FTIR等技术对所合成的CuFe?O?纳米球及其复合结构进行了全面分析。XRD结果证实了CuFe?O?的晶格结构，而SEM和HRTEM图像则展示了其多孔结构和均匀的纳米球形态。XPS和FTIR分析进一步揭示了材料的化学组成和表面特性，为理解其在ECL过程中的作用提供了理论依据。

此外，研究人员还通过EIS和DPV等电化学技术评估了生物传感器的构建过程。EIS结果显示，随着各层的修饰，电荷转移电阻（Rct）逐渐增加，这反映了材料的结构变化和功能增强。DPV曲线则显示了不同修饰步骤对电化学信号的影响，进一步支持了ECL信号的增强效果。

综上所述，这项研究开发了一种结合MOF衍生多孔CuFe?O?和CRISPR/Cas13a触发的HCR信号放大策略的ECL生物传感器，实现了对miR-17的高灵敏度和高选择性检测。该生物传感器不仅在实验室条件下表现出优异的性能，而且在实际样本中的应用也得到了验证，具有广阔的临床应用前景。通过系统的实验设计和优化，研究人员成功构建了一个高效、稳定且具有高特异性的生物检测平台，为miRNA的检测提供了新的方法和技术支持。