污染检测工具融合了合成生物学和纳米技术，用于超灵敏的水测试

近20年前开发的一个平台，以前用于检测蛋白质与DNA的相互作用并进行准确的新冠肺炎检测，现在已被重新用于创建一种高度敏感的水污染检测工具

该技术融合了合成生物学和纳米技术这两个令人兴奋的领域，为化学监测创造了一个新的平台。当调整到检测不同的污染物时，该技术可以在几分钟内分别检测到浓度低至十亿分之二和十亿分之一的金属铅和镉

这篇论文发表在本周的《ACS Nano》杂志上，代表了西北大学麦考密克工程学院多个学科的研究。

该测试是通过将纳米机械微悬臂与合成生物生物传感器连接而创建的。微型悬臂由硅制成，易于复制。当它们被特殊设计的DNA分子包裹时，称为转录因子的生物传感分子会与DNA结合，导致悬臂弯曲。当暴露于目标化学物质时，转录因子生物传感器会松开，导致悬臂“脱弯”，可以精确测量以检测化学物质

微悬臂技术与西北大学合成生物学家Julius Lucks的技术相结合，后者建造并培育了一种名为ROSALIND（“配体诱导激活的RNA输出传感器”的缩写）的无细胞生物传感器。它的第一个模型仅用一滴水就能感应到17种不同的污染物，当污染物超过美国环境保护局的标准时，它会发出绿色的光

ROSALIND技术基于相同的转录因子生物传感器，这些传感器被配置为通过结合和解除结合DNA来控制无细胞反应中的基因表达

在冠状病毒疫情期间，Lucks看到了微悬臂技术在发挥作用，当时Vinayak p.Dravid和Gajendra Shekhawat教授将其应用于准确检测严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型。令人印象深刻的是，Lucks认为，也许通过在这些悬臂上涂上Lucks实验室工程DNA，他可以触发悬臂来检测化学毒素。通过结合这两种工具的组件，麦考密克二人组与第一作者、博士后Dilip Agarwal和研究生Tyler Lucci一起创建了一种超灵敏的水污染物检测方法

西北大学纳米技术专家Dravid说：“这些是微型和纳米系统，不需要大量的病毒材料来产生影响。”。“微悬臂可以在两三分钟内让你更快地完成任务，因为它们利用了特定的亲和力表面结合。与大多数只依赖一种蛋白质的传感器不同，我们可以同时观察多个目标。”

该团队从测试四环素开始，因为它在合成生物学中的使用频率使我们能够深入了解四环素的行为，然后继续检测铅和镉，精确到十亿分之几，这是生物传感器检测方法的记录

这些团队希望进一步简化这项技术，目前需要专门的设备来可视化微观弯曲运动。最终，他们认为该设备可以推广用于人体健康监测体内和环境中的毒素，例如提高饮用水安全标准 More information: Dilip Kumar Agarwal et al, Ultrasensitive Water Contaminant Detection with Transcription Factor Interfaced Microcantilevers, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.4c17598

Journal information: ACS Nano