光电子团队在CRISPR/Cas免扩增分子诊断技术领域取得重要进展

近日，安光所光电子中心在CRISPR/Cas12a的免扩增分子诊断技术领域取得重要进展，创新性地构建了数字化水凝胶荧光增强微球检测系统（CrisprDEM），成功实现了CRISPR/Cas12a核酸免扩增相对定量检测。相关研究成果以“Digital Hydrogel Fluorescent-Enhancing Microsphere via CRISPR/Cas12a for Amplification-Free Relative Quantification of Nucleic Acids”为题，发表在分析化学领域TOP期刊Analytical Chemistry上。

基于CRISPR/Cas12a的分子诊断技术凭借crRNA的特异性识别与Cas12a酶的反式切割活性，被誉为最有可能替代PCR的"下一代分子诊断技术"。然而，免扩增检测路径长期面临灵敏度不足与定量困难的双重瓶颈，严重制约了其在感染早期筛查、肿瘤液态活检等临床场景的转化应用。

针对这一挑战，研究团队突破传统均相体系检测思路，提出"信号富集-数字成像-智能解析"三位一体的技术架构：以水凝胶微球作为信号捕获载体，利用其空间限域效应将CRISPR反应产生的荧光报告分子进行局部高密度富集，实现荧光信号千倍级增强；同时，团队自主研发的微流控芯片将海量微球精准单层分散，结合K-means无监督机器学习算法自动识别并分类阴阳性微球，通过原创性量化指标——阳性微球比例（PBR），突破了免扩增CRISPR检测"仅能定性、难以定量"的技术局限，实现了核酸相对定量分析。该研究为低丰度核酸样本的快速、精准、定量检测提供了具有显著临床转化潜力的新方案，有望推动CRISPR技术向感染早期筛查、床旁即时诊断等应用场景加速落地。

博士研究生尹雪儿为论文第一作者，朱灿灿副研究员、朱灵研究员和刘勇研究员为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金及合肥物质院院长基金等项目支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c01288

数字化水凝胶微球CRISPR/Cas12a核酸免扩增（CrisprDEM）工作流程图