A Wireless, CRISPR-Polymer Dot Electrochemical Sensor for the Diagnosis of Bacterial Pneumonia and Multi-Drug Resistance

材料科学 生物传感器 清脆的 纳米技术 光电子学 肺结核 化学 医学 生物化学 基因 病理
作者
San Hae Im,Akhmad Irhas Robby,Heewon Choi,Ju Yeon Chung,Yang Soo Kim,Sung Young Park,Hyun Jung Chung
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 5637-5647 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17151
摘要

Rapid and accurate diagnosis is crucial for managing the global health threat posed by multidrug-resistant bacterial infections; however, current methods have limitations in either being time-consuming, labor-intensive, or requiring instruments with high costs. Addressing these challenges, we introduce a wireless electrochemical sensor integrating the CRISPR/Cas system with electroconductive polymer dot (PD) nanoparticles to rapidly detect bacterial pathogens from human sputum. To enhance the electroconductive properties, we synthesized copper-ion-immobilized PD (PD-Cu), followed by conjugation of the deactivated Cas9 protein (dCas9) onto PD-Cu-coated Si electrodes to generate the dCas9-PD-Cu sensor. The dCas9-PD-Cu sensor integrated with isothermal amplification can specifically detect target nucleic acids of multidrug-resistant bacteria, such as the antibiotic resistance genes kpc-2 and mecA. The dCas9-PD-Cu sensor exhibits high sensitivity, allowing for the detection of ∼54 femtograms of target nucleic acids, based on measuring the changes in resistivity of the Si electrodes through target capture by dCas9. Furthermore, a wireless sensing platform of the dCas9-PD-Cu sensor was established using a Bluetooth module and a microcontroller unit for detection using a smartphone. We demonstrate the feasibility of the platform in diagnosing multidrug-resistant bacterial pneumonia in patients' sputum samples, achieving 92% accuracy. The current study presents a versatile biosensor platform that can overcome the limitations of conventional diagnostics in the clinic.
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