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掌心实验室:35min搞定检测,用CRISPR改写分子POCT规则
2026-07-20
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作者:
来源: POCT分子诊断

一个不到400g、能塞进家庭药箱的"掌心实验室",将RPA恒温扩增与CRISPR/Cas12a技术集成于一体,只需 4 步操作、35 min,就能完成从样本到结果的猴痘病毒核酸检测, 其灵敏度91.7%~95.8%,特异性100%。

其它系列见一种基于磁珠法的可视化核酸检测微流控系统、一种可视化全集成核酸检测微流控芯片、一种手持式可视化核酸检测装置(附视频)、等温扩增技术结合纸条实现病原体可视化检测。

图 1

传统PCR需要反复升降温的"热循环",而RPA是一种恒温扩增技术——在恒定温度(40℃)下即可完成核酸的指数级扩增,无需复杂的温控设备,大幅简化了操作、缩短了时间。

但,RPA 有一个"老毛病":容易产生非特异性扩增。实验发现,当仅用EvaGreen染料检测RPA产物时,阴性对照也会产生明显的荧光信号,强度约为阳性组的一半,且曲线呈典型的S型——这在终点检测中极易造成误判。

因此,引入CRISPR/Cas12a后,问题迎刃而解。

Cas12a在gRNA引导下特异性识别RPA扩增产物中的靶序列,激活其反式切割活性,将带有荧光基团和淬灭基团的ssDNA报告探针切割,释放可检测的荧光信号。

即:RPA负责"放大信号",CRISPR负责"精准识别",两者协同既保证了灵敏度,又消除了非特异性干扰。

图 2

如图 2,作者将所有试剂和设备集成到一个16cm×10cm×5cm、重量不到400g的"小袋"中。

小袋包含以下关键部件:

(1) 采样管(含采样缓冲液):预混了报告探针和MgOAc。
(2) 迷你恒温加热块:用于样本裂解。
(3) 即用管:内含冻干的RPA试剂、CRISPR/Cas12a RNP复合物、引物和海藻糖保护剂。
其中,CRISPR/Cas12a RNP经冻干处理,在海藻糖保护下活性得以良好保存——这让MASTR Pouch具备了储存和运输的便利性。
(4) 可视化观测装置:8cm×6cm×4cm,由Arduino芯片控制,集成LED和加热膜

图 3

4 步操作,35 min 出结果,整个检测流程只需 4 个步骤:

(1) 混合:10μL样本 + 50μL采样缓冲液
(2) 裂解:95℃ 加热 5 min(迷你加热块上完成)
(3) 转移: 取 30 μL 混合液加入即用管
(4) 检测:插入可视化检测槽,自动完成孵育和荧光激发

25 min 后,肉眼即可读取荧光结果——阳性发亮,阴性低背景。全程无需额外操作(图 4)。

图 4

在优化的反应条件下(MgOAc 28 mmol/L,40℃,RNP 150 nM,报告探针2 μmol/L),RPA-CRISPR/Cas12a 体系的检测能力如下:

(1) 质粒检测:生理盐水中≥6拷贝即可检出
(2) 病毒颗粒检测:生理盐水中≥5个B6R型假病毒颗粒可准确检出
(3) 临床模拟样本:渗出液基质中≥53个假病毒颗粒(10.6 particles/μL)100%检出。虽然渗出液基质因成分复杂(含有核糖核酸酶等蛋白),检测灵敏度略有下降,但仍与已报道的qPCR方法及其他分子诊断方法相当。
图 5

同时,作者采用 5 种常见皮肤病相关病原体的DNA验证特异性——水痘-带状疱疹病毒(VZV)、单纯疱疹病毒1型(HSV-1)、单纯疱疹病毒2型(HSV-2)、金黄色葡萄球菌、白念珠菌——无论在生理盐水还是渗出液中,均无非目标病原体产生扩增曲线,表明该体系具有高特异性。


参考文献: MASTR Pouch: Palm-size lab for point-of-care detection of Mpox using recombinase polymerase amplification and CRISPR technology

文章来源于POCT分子诊断,作者尧灵

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