Isothermal Background-Free Nucleic Acid Quantification by a One-Pot Cas13a Assay Using Droplet Microfluidics

核酸 化学 微流控 环介导等温扩增 重组酶聚合酶扩增 DNA 色谱法 组合化学 纳米技术 生物化学 材料科学
作者
Frank X. Liu,Johnson Q. Cui,Hojeong Park,Ka Wai Chan,Tyler Leung,Ben Zhong Tang,Shuhuai Yao
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (15): 5883-5892 被引量:91
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c00067
摘要

High sensitivity and specificity nucleic acid detection has been achieved by the Cas13a collateral effect in combination with a separate recombinase polymerase amplification (RPA). However, these emerging methods cannot provide accurate quantification of nucleic acids because the two-step assay performance may be compromised if the RPA and Cas13a reactions are simply unified in a single step. In this work, we first addressed the challenges associated with enzymatic incompatibility and the macromolecular crowding effect in the one-pot assay development, making the consolidated RPA-Cas13a assay a facile and robust diagnostic tool. Next, we found that the one-pot reaction cannot precisely quantify the targets at low concentrations. Thus, by leveraging droplet microfluidics, we converted the one-pot assay to a digital quantification format, termed Microfluidics-Enabled Digital Isothermal Cas13a Assay (MEDICA). Due to the droplet compartmentation, MEDICA greatly accelerates the reaction and enables relative detection in 10 min and the end-point quantification in 25 min. Moreover, MEDICA facilitates the droplet binarization for counting because of background-free signals generated by trans-cleavage reporting of Cas13a. Our clinical validation highlights that CRISPR-based isothermal assays are promising for the next generation of nucleic acid quantification methods.
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