"叶间至布基实验室：空间DNA纳米机器人协同二维石墨炔实现甘蔗梢枯病超精准电化学追踪"

针对甘蔗梢枯病早期诊断难题，广西科学院团队创新性开发了基于DNA Walker与硫掺杂石墨炔(S-GDY)协同的"Lab-on-Cloth"电化学生物传感器。该技术通过空间限域DNA Walker双循环链置换扩增(SDA)和S-GDY/AuNPs异质结构增强电子传递，实现16.6 aM的超低检测限，较传统qPCR显著提升田间检测效率，为精准农业提供革命性工具。

　　

【研究背景】
在全球能源转型与粮食安全双重挑战下，甘蔗作为重要生物能源作物，其产量正遭受梢枯病的严重威胁。这种由真菌引起的病害早期症状隐蔽，传统检测依赖实验室qPCR等耗时方法，难以满足田间实时监测需求。现有生物传感器虽具便携优势，但面临信号放大效率低、电子传递速率慢等瓶颈。如何将纳米材料的高效催化特性与DNA纳米技术的精准识别相结合，构建超灵敏的现场检测系统，成为农业病害监测领域亟待突破的科学难题。

【技术方法】
广西科学院研究团队通过三步创新策略：1) 构建Phi29 DNA聚合酶/Nb.BbvCI限制酶驱动的空间限域DNA Walker系统，实现靶标触发的双循环SDA扩增；2) 采用气相沉积法制备硫掺杂石墨炔(S-GDY)纳米阵列，与金纳米粒子(AuNPs)形成三维导电网络；3) 在碳布基底集成HCR信号放大与[Ru(NH₃)₆]³⁺介导的闭环电路，建立双信号自验证机制。

【研究结果】

1. 材料表征
   SEM/TEM显示S-GDY呈现不规则团聚结构，AuNPs均匀负载（粒径15±3 nm）。XPS证实硫成功掺杂形成C-S-C键（结合能164.1 eV），电化学测试显示S-GDY/AuNPs异质结使电子转移速率提升3.2倍。

2. 传感机制优化
   通过调整DNA Walker步进臂长度（优化至18 nt）和Nb.BbvCI切割频率（0.5 U/μL），使双循环SDA效率达到单循环的47倍。差分脉冲伏安法(DPV)证实电位分辨信号解耦（-0.35 V/-0.12 V）可消除交叉干扰。

3. 分析性能
   在0.1 fM-10 nM范围内呈现线性响应（R²=0.997），检测限低至16.6 aM（信噪比S/N=3）。对镰刀菌属其他菌株的交叉反应性<3.2%，在甘蔗叶片提取液中回收率达98.7%-102.4%。

4. 田间验证
   与qPCR对比检测127份田间样本，符合率96.1%（Kappa值=0.92），检测时间从常规4小时缩短至35分钟，且无需冷链运输。

【结论与意义】
该研究开创性地将空间DNA纳米机器人与二维碳材料协同效应应用于植物病害监测，其创新性体现在：1) 首创"双循环SDA-DNA Walker"级联放大系统，突破传统酶促扩增的时空限制；2) 硫掺杂策略使GDY电荷密度提升2.1倍，解决生物传感器界面电子转移瓶颈；3) 柔性碳布基底实现检测成本降低80%，为发展穿戴式植物健康监测设备奠定基础。这项发表于《Biosensors and Bioelectronics》的工作，为应对全球粮食安全挑战提供了颠覆性的技术范式。