图1. 智能生物传感平台工作原理流程详解
甘蔗作为全球重要的糖料与能源作物，其稳产高产长期受到甘蔗梢腐病的严重威胁。该病由镰刀菌属多种病原菌复合侵染引发，其中甘蔗镰孢菌与轮枝镰孢菌的协同致病作用最为突出，可造成甘蔗显著减产与蔗糖含量下降。传统单靶点检测易漏检误判，现有便携技术存在界面导电性差、多靶点信号串扰、扩增效率受限等瓶颈，难以进行现场、高灵敏、多靶点同步检测。
纳米材料界面工程与核酸电路设计为突破上述困境提供了新思路，尽管MoS₂在生物传感中展现出高比表面积优势，但其本征导电性差、电子传递效率低，难以支撑双探针系统的高密度信号输出；而传统等温扩增技术在双靶点体系中易出现空间位阻、动力学竞争等问题，信号放大与特异性难以兼顾。同时，现有智能手机传感平台多依赖光学信号，无法适配电化学传感器的多通道分析，灵敏度仅达纳摩尔级，无法满足痕量病原菌检测需求。
近日，黄克靖团队构建了风车型双DNAzyme-MoS₂/GDY催化组装结合智能手机的亚飞摩尔级甘蔗梢腐病病原菌多通道检测体系，通过纳米材料工程、核酸电路与器件设计的跨尺度协同，实现了甘蔗镰孢菌与轮枝镰孢菌的同步超灵敏现场检测。该平台核心创新为风车型双DNAzyme结构，可在 Mn²⁺/Mg²⁺调控下实现靶标循环，耦合杂交链反应（HCR）与三链催化发夹组装（TCHA）实现指数级信号放大；MoS₂/石墨炔（GDY）纳米杂化物的DNA负载量是纯MoS₂的3.8倍，配合储电电容器使检测灵敏度较传统EBFC提升10.4倍（甘蔗镰孢菌）与9.8倍（轮枝镰孢菌）。
借助该平台，团队实现对甘蔗镰孢菌、轮枝镰孢菌的检测限分别低至21.3 aM与54.3 aM，线性范围跨越5个数量级（0.1 fM-10 nM），对非靶标病原菌的信号区分度超95%。在真实甘蔗病样检测中，该方法与qPCR结果高度吻合，加标回收率95.1%-105.6%，且检测时间缩短60%，可耐受复杂田间环境。该自供电智能传感平台为甘蔗真菌病害的现场快速筛查、早期预警与精准防控提供了变革性工具，也为多病原菌同步检测提供了通用化方案。
