近日，山东大学生态环境损害鉴定研究院程永强教授课题组在藻毒素检测领域取得新进展。相关研究成果以“CRISPR/Cas12a-powered tri-mode aptasensor for ultrasensitive and multiplexed detection of microcystin-LR”为题发表在国际分析化学权威期刊《Biosensors & Bioelectronics》（中科院1区，IF: 10.7）上。《Biosensors & Bioelectronics》由Elsevier出版，致力于发表传感器相关的高水平前沿学术成果，是国际化学学界广泛认可的享有高度学术声誉的期刊。课题组硕士研究生张茜为第一作者，程永强教授为唯一通讯作者，山东大学为第一通讯单位。

微囊藻毒素-LR是蓝藻水华中最常见、毒性最强的微囊藻毒素同系物，被国际癌症研究机构（IARC）列为2B类潜在人类致癌物。世界卫生组织（WHO）规定饮用水中微囊藻毒素-LR的最大残留限量为1 μg/L。然而，微囊藻毒素-LR具有生物累积性，长期低剂量暴露可诱导氧化性DNA损伤，对生态系统和人类健康构成严重威胁。随着全球水体富营养化加剧和蓝藻水华频发，建立高效的微囊藻毒素-LR检测技术对保障饮用水安全、维护公共健康具有重要意义。尽管目前以液相色谱-质谱联用（LC-MS）为主的仪器分析方法能够实现微囊藻毒素-LR高灵敏检测，但因设备昂贵、操作复杂等问题，现场实际应用受到限制。近年来，基于适配体的生物传感技术因其操作简单、灵敏度高等优势，成为生化检测的一个重要方向。然而，目前的大多数生物传感方法主要依赖单一信号读取模式，如荧光、比色、拉曼等。这种单信号读取模式容易受到外界条件影响，检测结果的可靠性难以确保。且动态检测范围有限，难以满足高灵敏预警和宽定量范围的多场景检测需求。

针对目前存在的问题，本文开发了一种基于CRISPR/Cas12a系统的三模式适配体新型传感器，用于微囊藻毒素-LR的超灵敏和宽范围定量分析。将微囊藻毒素-LR特异性生物素化适配体与Activator DNA预杂交形成dsDNA，并固定于链霉亲和素修饰的磁珠表面。当微囊藻毒素-LR存在时，适配体与微囊藻毒素-LR结合进而置换并释放Activator DNA至溶液中，激活Cas12a反式切割活性。在数字化液滴荧光信号读取模式中，以荧光猝灭单链DNA（FAM-ssDNA-BHQ1，Reporter 1）为信号报告分子，检出限低至1.0 aM，实现了藻毒素的超高灵敏检测，满足早期预警需求。在SERS和比色信号读取模式中，构建新型双功能复合探针MBs-ssDNA-AuNPs-4MBA（Reporter 2），实现了宽定量范围检测，覆盖7个数量级。测试过程中通过交叉实验可以有效避免结果假阳性。该策略可将为不同场景下的微囊藻毒素-LR监测提供理论和技术支持。

程永强教授课题组主要从事痕量污染分析及溯源技术、环境分析、环境污染与人体健康等方面的研究，主要应用领域为生命科学、食品安全、水体、土壤、大气等。具体研究方向包括：1. 污染物痕量分析新方法及溯源技术研究；2. 微生物学微流控新技术；3. 生化分析与生物传感；4. 光谱、质谱分析仪器的研发与应用。该工作得到了国家自然科学基金、山东省重大创新工程项目、山东省自然科学基金、青岛市自然基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118786