基于DNAzyme Walker与哑铃型HCR双信号放大的自供能生物传感器实现地中海贫血基因TATA-28 DNA的 attomolar级检测

　　本研究针对地中海贫血基因筛查中TATA-28 DNA检测灵敏度不足的临床难题，开发了一种整合DNAzyme Walker与哑铃型杂交链式反应(DHCR)双信号放大的酶促生物燃料电池自供能生物传感器(EBFC-SPB)。通过Au@Zr-MOF/石墨炔(GDY)导电基底固定葡萄糖氧化酶(生物阳极)和[Ru(NH3 )6 ]3+ 响应型DNA电路(生物阴极)，实现了0.1 fM-10 nM线性范围及35.3 aM的超敏检测，血清样本回收率达90.1-106.5%，为人群筛查提供了突破性技术方案。

　　

地中海贫血作为全球高发的常染色体隐性贫血疾病，由α/β珠蛋白基因突变导致血红蛋白合成障碍，临床表现为生长迟缓、心肌病等严重后果。尽管早期基因筛查可降低80%以上重症患儿出生率，但现有检测技术如毛细管电泳耗时8-12小时/样本、二代测序成本高达150-300美元/例，且传统电化学方法依赖外部电源，均难以满足大规模筛查需求。TATA-28作为α珠蛋白缺陷的关键生物标志物，其超敏检测成为临床痛点。

针对这一挑战，广西民族大学等机构的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表研究，创新性地将DNAzyme Walker的机械切割功能与哑铃型杂交链式反应(DHCR)的等温扩增特性相结合，构建了基于Au@Zr-MOF/石墨炔(GDY)纳米复合材料的自供能生物传感器。该系统通过DNAzyme靶向激活→单链S0释放→DHCR级联放大→[Ru(NH₃
)₆
]³⁺
静电吸附的级联反应，将生物化学信号转化为可测的开环电压(E^OCV
)变化，实现了从分子识别到电信号输出的双重放大。

关键技术包括：1) Au@Zr-MOF/GDY纳米复合电极制备，结合Zr-MOF的高孔隙率与GDY的炔键催化活性；2) DNAzyme Walker系统设计，利用金纳米粒子(AuNPs)保护催化DNA并增强碰撞频率；3) 哑铃型HCR扩增体系，通过交替杂交构建高负载DNA纳米结构；4) 酶促生物燃料电池(EBFC)架构，以葡萄糖氧化酶(GOD)生物阳极驱动[Ru(NH₃
)³⁺
/2+]氧化还原循环。

【材料形貌与组成】
扫描电镜证实Zr-MOF呈八面体结构，AuNPs均匀修饰后显著提升导电性。GDY的引入进一步优化电子传输，X射线光电子能谱显示Zr-O-C键形成，证实材料成功复合。

【检测性能】
在0.1 fM-10 nM范围内E^OCV
与TATA-28浓度呈线性相关，检测限低至35.3 aM，较现有方法灵敏度提升3-5个数量级。血清样本验证显示优异抗干扰能力，回收率90.1-106.5%，RSD<5.2%。

【结论与意义】
该研究通过DNAzyme Walker的自主运动能力与DHCR的空间限制效应协同放大信号，结合Au@Zr-MOF/GDY的界面增效作用，创造了目前最灵敏的TATA-28检测方案。其自供能特性摆脱对外部电源依赖，检测成本较测序降低94%，为地中海贫血的基层筛查提供了革命性工具。未来通过微流控芯片集成，有望实现"样本进-结果出"的便携式检测，推动遗传病防控的普惠化发展。