截止至2022年7月19日19时（格林威治时间），据世卫组织统计，严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）已经造成全球累计新型冠状病毒肺炎（COVID-19）确诊人数超过5.6亿人次，其中死亡人数超636万人。随着该病毒席卷全球，已经产生多个变种病毒。因此，全球需要一种更加快速和高灵敏的检测方法，以迅速、准确地从大量待检人群中找到感染者，从而遏制病毒的传播和变异。
目前，新冠核酸检测的金标准是基于PCR的核酸分析，但因其需要在专门的实验室进行耗时较长的核酸提取和扩增过程，导致检测速度和检测效率偏低。电化学生物传感技术，尤其是基于微电极的电化学生物传感技术，因其具有响应速度快、电流密度大、信号明显、操作简单、成本低和可便携化等优点，使之成为一种具有应用潜力的核酸检测方法。然而，由于其传感过程缺乏可控性，导致电化学生物传感在实现核酸的高精准检测方面面临巨大挑战。
魏大程课题组长期致力于基于二维纳米材料电学器件的设计和制备，并将其广泛应用于光电、化学、生物传感等领域。针对上述问题，魏大程团队提出了由水螅启发的自驱动“分子电化学系统”，实现了痕量病毒核酸的高精准检测。
研究表明，将“分子电化学系统”修饰在工作电极的石墨烯表面，通过其在分子尺度上自驱动调节电化学传感过程，能够解决电化学传感领域中高精准核酸检测的难题，可实现超灵敏的电化学分析。该系统可以在80微升溶液中检测到4拷贝的核酸，比其他电化学生物传感器低2至6个数量级。该系统还具有更广泛的应用前景，通过替换探针链的核苷酸序列可以构建用于埃博拉病毒、寨卡病毒和新冠变体病毒的电化学生物传感器。
此外，该系统可以直接应用于未扩增的临床样本检测。其双盲检测结果与基于PCR的核酸分析结果高度一致，展现了其在新冠超精准诊断方面的优势。更加重要的是，该系统可以在1分钟内识别10混1的阳性临床样本，证明其可以通过混合检测的方法，降低单次检测的成本，提升检测速度和效率，减轻公共医疗服务的负担，为大范围疾病筛查提供新的可能性。通过与便携式电化学检测装置相结合，该系统可实现机场、诊所、地方急诊、海关、甚至家中的即时核酸检测。该系统补足了高精准电化学检测缺失的部分，使电化学检测成为未来疫情防控综合工具的可选项之一。
日前，该成果以“Electrochemically Detecting Few Copies of Unamplified SARS-CoV-2 Nucleic Acids by Self-Actuated Molecular System”为题发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，2022，10.1021/jacs.2c02884）。复旦大学分子材料与器件实验室博士后纪岱宗为第一作者；复旦大学分子材料与器件实验室魏大程研究员为通讯作者。此外，上海公共卫生临床中心郭明权博士、复旦大学分子材料与器件实验室刘云圻院士等参与了该研究。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委和复旦大学的支持。