近年来，精准医疗与即时诊断（POCT）技术的快速发展对生物传感系统提出了更高要求。传统光学传感器虽具备无标记检测优势，却受限于折射率灵敏度瓶颈，难以实现单分子级检测；而电化学生物传感器虽灵敏度较高，又常面临信号漂移、背景干扰等挑战。如何突破现有技术的检测极限，在临床样本中实现无需扩增的超灵敏、实时、多靶标检测，成为领域内亟待攻克的核心难题。
针对以上问题，物理与光电工程学院张晗教授、魏松瑞助理教授与陈实教授（深圳大学第一附属医院/深圳市转化医学研究院）联合在National Science Review发表题为“Ultrasensitive opto-electronic biosensor arrays based on twisted bilayer graphene superlattice”的研究论文。深圳大学为第一完成单位和通讯作者单位，杜博文助理教授与田曦麟博士生为共同第一作者，张晗教授、陈实教授和魏松瑞助理教授为共同通讯作者。
该研究将9.4°扭转双层石墨烯（tBLG）超晶格与金纳米盘、CRISPR-Cas12a基因编辑技术通过DNA结构精准集成，开发出阿摩尔级（aM）无扩增石墨烯光电生物检测芯片。该平台通过CRISPR-Cas12a介导的反向切割来运作，当识别到目标 DNA 时，Cas12a会切割DNA原型内的单链DNA连接物，释放出金纳米粒子并恢复原始的介电环境。临床检测中，平台无需核酸扩增就可以精准检测出肺癌组织样本，与qPCR结果高度吻合。研究中这种混合平台超越了传统的光学和电子传感模式，将扭转角度可调的电子特性与可编程的生物纳米界面相结合。CRISPR的分子特异性和tBLG的莫尔增强的光-物质相互作用共同作用，为多重生物检测创建了一个可扩展的框架，解决了超大规模诊断中的关键问题。
图1 生物检测传感器设计总览
研究团队设计了一种融合了金纳米盘/tBLG异质阵列以及通过DNA 分子技术构建的CRISPR-Cas12a的混合光电子生物传感器。与传统的光学方法不同，该平台通过金纳米盘/tBLG接口中的激子-等离子体耦合将光信号转换为电输出，能够在低光条件下实现超灵敏检测。研究团队精确地将tBLG的VHS吸收光谱与位于tBLG表面的金纳米盘的等离子体共振对齐，我们建立了能够增强光转换效率的耦合模式。这种设计能够在无需放大的情况下实现飞摩尔量级的核酸检测，如对浓度低至亚飞摩尔的单链DNA的检测，比传统的DNA生物传感器高出四个数量级。
通过将扭转工程化的tBLG、金纳米盘和CRISPR-Cas12a进行协同整合，建立了超灵敏生物传感的范例。tBLG 中角度可调的VHS提高了低光强下的光电转换效率，而DNA结构则确保了功能元件的精确定位，从而实现了最佳的信号传导。该传感器的亚飞摩尔检测限、快速响应（<1小时）以及多重检测能力比传统方法高出四个数量级。通过将CRISPR的特异性与tBLG的独特电子特性相结合，实现了对复杂生物基质中生物标志物的无标记、实时检测。总体而言这种混合平台超越了传统的光学和电子传感模式，将扭转角度可调的电子特性与可编程的生物纳米界面相结合。CRISPR的分子特异性和tBLG的莫尔增强的光-物质相互作用共同作用，为多重生物检测创建了一个可扩展的框架，解决了超大规模诊断中的关键挑战。
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