基于适配体构象转换与RCA-Cas12a扩增的环境水样雌二醇高灵敏生物传感器研究

针对环境水体中痕量雌二醇(E2)检测难题，研究团队开发了基于CN-Es2适配体的"微珠-捕获链-阻断剂"功能探针，结合滚环扩增(RCA)与Cas12a核酸切割技术，构建了动态范围10 pM-10 nM、检测限19.2 pM的高特异性生物传感器，为环境雌激素监测提供了创新解决方案。

　　

随着工业化进程加速，环境水体中雌激素污染日益严重。作为最具生物活性的天然雌激素，17β-雌二醇(E2)在ng/L级浓度即可通过食物链生物富集干扰人类生殖健康，甚至诱发肿瘤。尽管全球环境样品中已检测到0.03-872 ng/L的雌激素浓度，但传统检测方法难以满足复杂基质中痕量E2的监测需求。

CRISPR-Cas系统虽在核酸检测领域大放异彩，但其在小分子检测中的应用仍面临信号转换难题。现有技术如细菌变构转录因子(aTFs)策略存在普适性局限，而常规适配体传感器又受限于复杂探针结构和灵敏度不足。针对这些技术瓶颈，研究人员开发了创新性的检测体系，相关成果发表在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》。

研究团队采用微柱纯化技术构建"微珠-捕获链-阻断剂"功能探针，通过SYBR Green染料结合实验验证探针可行性，结合2%琼脂糖凝胶电泳分析RCA产物，利用Cas12a荧光报告系统实现信号输出。实验选用北京地区废水样本进行实际验证。

【3.1. E2生物传感器原理】
系统核心是包含CN-Es2适配体的捕获链（延伸6 nt）与18 nt阻断剂组成的复合探针。E2结合诱导适配体构象转换，释放的阻断剂触发RCA反应，产生的长链ssDNA激活Cas12a反式切割活性，实现荧光信号级联放大。

【3.2. 功能探针制备验证】
通过六轮微珠结合步骤实现>90%复合物固定，FAM标记实验显示洗涤后荧光强度降低85%，SEM证实探针成功组装。优化发现100 μL微珠体积配合六次结合/洗涤步骤可获得最佳性能。

【3.3. 生物传感器可行性验证】
SYBR Green实验显示E2组荧光强度较对照提升3.2倍，电泳证实仅E2存在时产生明显RCA条带。对照实验表明微珠不影响E2特异性识别，Cas12a系统在30分钟内产生显著荧光信号。

【3.4. 生物传感器优化】
关键参数测试表明：18 nt阻断剂在54.5℃退火温度下稳定性最佳；5 nM环状探针浓度使信噪比最大化；60分钟RCA反应时间可确保产物充分生成。这些优化使检测灵敏度较前人报道提升37倍。

【3.5. 性能评估与实际应用】
传感器在10 pM-10 nM范围内呈线性响应（R²=0.9335），对E1的交叉反应性<15%，废水样本中回收率达89-110%。检测限5.2 ng/L优于日本饮用水标准(80 ng/L)，能有效监测典型污水处理厂出水浓度(41±15 ng/L)。

该研究通过巧妙的构象转换设计将小分子识别转化为核酸信号，首次实现RCA-Cas12a系统对环境雌激素的超灵敏检测。创新性的微珠探针平台不仅解决了传统方法基质干扰难题，其模块化设计更为其他小分子检测提供了普适性技术框架。尽管当前方法在超痕量(<5 ng/L)检测方面仍需改进，但其优异的特异性与抗干扰能力已为环境风险评估和公共卫生监管提供了可靠工具。