省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所陳俊華研究員團隊近期在環(huán)境、食品污染物智能化檢測領(lǐng)域取得了系列新進展。

　　構(gòu)建新冠病毒及其變異株智能化檢測體系

　　研究團隊構(gòu)建了一種基于核酸四面體組裝耦合核酸核酶（DNAzyme）切割的生物傳感器，可用于新冠病毒的智能化檢測。在檢測過程中結(jié)合真值表排布，能有效提高新冠病毒檢測的智能化程度，方便及時有效甄別不同種類的新冠病毒變異株。同時，該智能化檢測體系靈敏度高，可檢測到fM冠狀病毒核酸，結(jié)合分子邏輯門同步檢測功能，有效降低了假陽性，顯著提高了新冠病毒檢測的精確度。相關(guān)技術(shù)已申請中國發(fā)明專利。

圖1 新冠病毒COVID-19及其變異株智能化檢測體系構(gòu)建

　　構(gòu)建重金屬智能化檢測方法

　　重金屬、有機污染物是危害環(huán)境質(zhì)量和食品安全常見污染源，其中包括鉛、鎘、砷、抗生素、多氯聯(lián)苯、真菌毒素等。常規(guī)檢測方法需要依賴大型儀器，步驟繁瑣，過程復(fù)雜，難以實現(xiàn)污染物的快速監(jiān)測。

　　研究團隊基于分子邏輯門原理，以0和1對污染物和輸出信號進行編碼，結(jié)合核酸雜交和信號擴增技術(shù)，構(gòu)建了多種智能化生物傳感體系。以重金屬鎘、鉛、銅、鋅等為檢測目標物，結(jié)合功能核酸編碼和等溫信號擴增，構(gòu)建了靈敏度達到pM的熒光傳感體系，用于多種重金屬的智能化識別與檢測。該重金屬智能化檢測方法可自動重置，多次使用，能有效縮短檢測時間，提升檢測效率。

圖2 重金屬分子邏輯智能化檢測方法構(gòu)建

　　構(gòu)建可視化智能檢測技術(shù)

　　多氯聯(lián)苯（PCB）難溶于水而易溶于脂肪和有機溶劑，并且極難分解，因而能夠在生物體脂肪中大量富集，具有致癌性和致突變性。據(jù)估計，全世界已生產(chǎn)和應(yīng)用中的PCB遠超過100萬噸，其中已有1/4至1/3進入生態(tài)環(huán)境，嚴重危害食品安全、人體健康與環(huán)境質(zhì)量。

　　研究團隊以3,3',4,4'-四氯聯(lián)苯（PCB77）和2,3',5,5'-四氯聯(lián)苯（PCB72）為檢測目標物，以膠體金試紙條為檢測平臺，結(jié)合DNA支點介導(dǎo)的核酸鏈置換反應(yīng)，構(gòu)建了一種PCB智能化檢測技術(shù)。這種智能化檢測，無需實驗室儀器，便于現(xiàn)場快速檢測PCB濃度并呈現(xiàn)結(jié)果，能滿足實際樣品現(xiàn)場檢測需求。

圖3 多氯聯(lián)苯（PCB）可視化智能化檢測技術(shù)構(gòu)建

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在自然指數(shù)期刊《分析化學(xué)》（Analytical Chemistry）及《化學(xué)通訊》（Chemical Communications）上。

　　相關(guān)論文：

　　[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.

　　原文鏈接：

　　[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

　　（省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所/供稿）