近期，黄克靖教授团队在国际传感领域期刊《Bensors and Bioelectronics》发表研究成果，成功研发出一款集成Fe3O4@Au三功能纳米酶、滚环扩增（RCA）-CRISPR/Cas12a 级联放大与电化学/比色/光热三模态信号的智能手机联用便携式生物传感器，实现了甘蔗黑穗病菌的现场超灵敏、高可靠检测，为甘蔗重大真菌病害的早期预警与精准防控提供了全新技术方案。甘蔗黑穗病由甘蔗鞭黑粉菌引发，可造成甘蔗减产40%-70%，疫情暴发区甚至绝收，全球蔗区年均经济损失超10亿美元，传统PCR、qPCR等检测方法依赖大型仪器、操作繁琐、检测时长超4小时且单样本成本高昂，难以在东南亚、南美等资源受限主产区推广，常规单模现场传感器还易受甘蔗组织叶绿素、蔗糖等基质干扰，假阳性率最高达35%，无法满足无症状期早期诊断的灵敏度需求。
图1 电化学/比色/光热三模式自供能电化学传感平台的原理图
该研究创新性地将滚环扩增与 CRISPR/Cas12a 反式切割活性耦合，使信号较单一 CRISP 体系提升103倍，同时研发出兼具磁分离富集、类过氧化物酶与葡萄糖氧化酶活性的Fe3O4@Au@GOD 生物偶联物，构建出电化学（检出限32.11 aM）、比色（可视化检出限49.28f M）、光热（检出限42.17 fM）三模交叉验证体系，通过正交信号互斥校验彻底解决了复杂基质中的假阳性问题，团队还采用 3D 打印技术制造微型检测模块，搭配智能手机实现电流、RGB、红外热成像数据的实时读取与分析，非专业人员即可完成现场操作。性能验证结果显示，该检测平台全程仅需2.5–4.5小时，实际甘蔗样本加标回收率达98%–104%，对非靶标病原体特异性优异，存储12天信号保留率仍超98%。此项研究突破了实验室级高灵敏检测与田间便携应用的技术壁垒，深度融合纳米酶工程、CRISPRz分子诊断与多模态传感技术，构建了“样本进-结果出”的一站式现场检测范式，既为甘蔗黑穗病的早期精准诊断提供了核心工具，也为粮食、经济作物真菌病害的现场快检技术研发提供了通用思路，有力支撑智慧农业与绿色防控产业发展。
