省科学院生态环境与土壤研究所陈俊华研究员团队近期在环境、食品污染物智能化检测领域取得了系列新进展。
构建新冠病毒及其变异株智能化检测体系
研究团队构建了一种基于核酸四面体组装耦合核酸核酶（DNAzyme）切割的生物传感器，可用于新冠病毒的智能化检测。在检测过程中结合真值表排布，能有效提高新冠病毒检测的智能化程度，方便及时有效甄别不同种类的新冠病毒变异株。同时，该智能化检测体系灵敏度高，可检测到fM冠状病毒核酸，结合分子逻辑门同步检测功能，有效降低了假阳性，显著提高了新冠病毒检测的精确度。相关技术已申请中国发明专利。
图1 新冠病毒COVID-19及其变异株智能化检测体系构建
构建重金属智能化检测方法
重金属、有机污染物是危害环境质量和食品安全常见污染源，其中包括铅、镉、砷、抗生素、多氯联苯、真菌毒素等。常规检测方法需要依赖大型仪器，步骤繁琐，过程复杂，难以实现污染物的快速监测。
研究团队基于分子逻辑门原理，以0和1对污染物和输出信号进行编码，结合核酸杂交和信号扩增技术，构建了多种智能化生物传感体系。以重金属镉、铅、铜、锌等为检测目标物，结合功能核酸编码和等温信号扩增，构建了灵敏度达到pM的荧光传感体系，用于多种重金属的智能化识别与检测。该重金属智能化检测方法可自动重置，多次使用，能有效缩短检测时间，提升检测效率。
图2 重金属分子逻辑智能化检测方法构建
构建可视化智能检测技术
多氯联苯（PCB）难溶于水而易溶于脂肪和有机溶剂，并且极难分解，因而能够在生物体脂肪中大量富集，具有致癌性和致突变性。据估计，全世界已生产和应用中的PCB远超过100万吨，其中已有1/4至1/3进入生态环境，严重危害食品安全、人体健康与环境质量。
研究团队以3,3',4,4'-四氯联苯（PCB77）和2,3',5,5'-四氯联苯（PCB72）为检测目标物，以胶体金试纸条为检测平台，结合DNA支点介导的核酸链置换反应，构建了一种PCB智能化检测技术。这种智能化检测，无需实验室仪器，便于现场快速检测PCB浓度并呈现结果，能满足实际样品现场检测需求。
图3 多氯联苯（PCB）可视化智能化检测技术构建
相关研究成果发表在自然指数期刊《分析化学》（Analytical Chemistry）及《化学通讯》（Chemical Communications）上。
相关论文：
[1] Pan, J., He, Y., Liu, Z., & Chen, J. (2021). Dual recognition element-controlled logic DNA circuit for COVID-19 detection based on exonuclease III and DNAzyme. Chemical Communications, 57(9), 1125-1128.
[2] Pan, Jiafeng, et al. "Tetrahedron-Based Constitutional Dynamic Network for COVID-19 or Other Coronaviruses Diagnostics and Its Logic Gate Applications." Analytical Chemistry (2021).
[3] Shi, Gu, Chong Yan, and Junhua Chen. "Scalable Logic Circuits with Multiple Outputs and an Automatic Reset Function Based on DNAzyme-Mediated Branch Migration." Analytical Chemistry 93.6 (2021): 3273-3279.
[4] Chen, Junhua, Gu Shi, and Chong Yan. "Visual Test Paper for on-Site Polychlorinated Biphenyls Detection and Its Logic Gate Applications." Analytical Chemistry 93.46 (2021): 15438-15444.
[5] Chen, Junhua, Jiafeng Pan, and Chengshuai Liu. "Versatile sensing platform for Cd2+ detection in rice samples and its applications in logic gate computation." Analytical chemistry 92.8 (2020): 6173-6180.
原文链接：
[1] https://doi.org/10.1039/D0CC06799G
[2] https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c03051
[3] https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c05173
[4] https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c03309
[5] https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c01022
（省科学院生态环境与土壤研究所/供稿）
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