环境DNA是指生物在水体中自然释放的微量遗传物质，例如皮肤细胞、黏液或排泄物。通过分析水样中的eDNA并与数据库对比，科学家无需直接捕捞或观察生物，便可判断某一水域中存在哪些物种。这种方法在海洋生态监测和生物多样性保护中具有重要意义，但在实际应用中，由于海水中DNA含量极低，传统滤膜往往难以实现高效捕获。
为解决这一问题，研究团队在常见滤膜表面覆上一层薄的金属相的二硫化钼（MoS2）纳米片，使滤膜能够更有效地“抓住”水体中的DNA。实验结果表明，这种新型滤膜在实验室条件和实际现场测试中，均能显著提升鱼类eDNA的检测灵敏度。
合成
研究者采用两步法构筑二维层状膜结构: 首先，通过电化学锂离子插层-剥离策略制备高质量单层MoS2纳米片; 随后，利用真空抽滤将纳米片在多孔基底上有序逐层堆叠形成膜结构。所制备膜的厚度可通过调控参与抽滤的纳米片质量实现精确可控。
（a）剥离MoS2纳米片的TEM形貌图以及溶液的照片；（b）对应的AFM形貌图；（c）抽滤制备MoS2膜的光学照片；（d）对应的截面SEM图。
eDNA监测能力
为评估MoS2纳米层涂覆对eDNA宏条形码检测灵敏度的影响，构建鱼类DNA模拟群落并分别采用M0（基膜）与M1（涂覆了MoS2）膜过滤分析。各样品平均获得约130 万条有效读段，稀释曲线趋于平台，测序深度充足。两种膜均可检测到全部物种，目标序列占比超过84%。相比M0，M1膜对低丰度DNA（0.1 ng）的检测概率显著提高（0.98 vs. 0.50，p = 0.023），而对高丰度DNA无明显差异。序列丰度与DNA含量呈良好线性相关，M1的相关性更优（R² = 0.8879）。吸附实验表明，MoS2涂层使 DNA 最大吸附容量提升约130%，从而增强 eDNA 检测灵敏度。
（a）实验室水族箱水样经不同厚度MoS2涂覆的MCE膜（M0–M3）过滤并进行eDNA 测序分析；（b）不同海洋鱼类DNA构建的模拟群落经M0和M1膜检测，基于10次重复统计各物种的检出情况，并按DNA投入量分组计算检测概率；（c）模拟群落实验中，检测到的相对序列丰度（对数）与投入的相对DNA含量（对数）之间的线性回归关系。
机制分析
基于不同DNA碱基在1T′-MoS2表面的最稳定吸附构型，对其总态密度（TDOS）进行了比较分析。结果表明，吸附后TDOS仅发生能级偏移，整体分布特征保持不变，说明DNA碱基与1T′-MoS2之间未形成化学键。进一步的电子局域函数（ELF）分析显示，G、A、T和C碱基与1T′-MoS2之间仅存在极弱的电子局域化，无论吸附构型如何，其相互作用主要来源于范德华作用。相应的结合能位于-0.23至-0.65 eV 范围内，符合范德华相互作用特征。相比石墨烯和BN等低维材料，1T′-MoS2更低的结合能表明其在DNA 基团检测方面具有更高潜力。
（a）1T′-MoS2表面吸附G、A、T和C碱基时的电子局域函数（ELF）；（b）1T′-MoS₂ 吸附不同DNA碱基时的总态密度（TDOS）演化情况；（c）G、A、T和C碱基在1T′-MoS2上的TDOS能带偏移及其结合能。
这项成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），香港城市大学博士后梅亮（刚入职华南理工大学）、香港浸会大学博士后候俊铭（刚入职澳门科技大学）、香港城市大学博士后孙明子为论文第一作者，香港城市大学梁美仪, 曾志远，黄勃龙与香港浸会大学邱建文为论文通讯作者。