近日，中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室仇萌教授课题组在Nature index期刊Advanced Functional Materials上发表题为“CRISPR-Gated Material Assembly Converts Photothermal Loss into Thermoelectric Driving Force for Self-Powered Biosensing”的研究论文。针对可植入式生物传感器在复杂生物环境中难以实现自供电运行并保持高分子特异性的长期挑战，研究团队创新性地提出了一种将光热损耗转化为热电驱动力的材料组装调控策略，为未来近红外可控的自供电体内监测系统提供了全新设计框架。
在这项研究中，团队构建了一种将光热-热电（PTTE）能量转换机制与CRISPR-Cas12a分子识别相结合的生物传感模式（如图1所示）。在该系统中，靶标激活的CRISPR-Cas12a系统充当分子逻辑门，精确控制MoSe2纳米加热器在Bi2Te3热电基底上的空间组装。在近红外光照射下，MoSe2产生的局部光热效应使Bi2Te3两端形成温度梯度，触发塞贝克效应，驱动定向电荷分离，并在完全无需外加偏压的条件下产生稳定的光电流。光热加热与拓扑绝缘体增强的热电转换之间的协同作用，实现了对HPV-16的阿摩尔级检测，并展现出优异的分子特异性。该研究建立了一种分子编程的能量转导新框架，将CRISPR精准识别能力与界面热电信号放大机制有机融合，显著提升了自供电生物传感器的灵敏度与可靠性。这一成果不仅解决了植入式传感器长期面临的自供电与特异性难题，也为海洋监测、食品安全、临床诊断等领域的现场快速检测技术提供了可借鉴的设计思路。
图1. 基于PTTE效应的 CRISPR/Cas12a 介导的 PEC生物传感平台。
该成果由中国海洋大学海化重点实验室/化学化工学院仇萌教授课题组牵头完成，2022级博士研究生蔡月圆为第一作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76244
图文作者：蔡月圆
