Integrated microneedle-smartphone nucleic acid amplification platform for in-field diagnosis of plant diseases

核酸 环介导等温扩增 核糖核酸 RNA提取 DNA 萃取(化学) 核酸扩增试验 材料科学 化学 色谱法 生物 病毒学 生物化学 基因 沙眼衣原体
作者
Rajesh Paul,Emily Ostermann,Yuting Chen,Amanda C. Saville,Yuming Yang,Zhen Gu,Anna E. Whitfield,Jean B. Ristaino,Qingshan Wei
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:187: 113312-113312 被引量:80
标识
DOI:10.1016/j.bios.2021.113312
摘要

We demonstrate an integrated microneedle (MN)-smartphone nucleic acid amplification platform for “sample-to-answer” diagnosis of multiplexed plant pathogens within 30 min. This portable system consists of a polymeric MN patch for rapid nucleic acid extraction within a minute and a 3D-printed smartphone imaging device for loop-mediated isothermal amplification (LAMP) reaction and detection. We expanded the extraction of the MN technology for DNA targets as in the previous study (ACS Nano, 2019, 13, 6540–6549) to more fragile RNA biomarkers, evaluated the storability of the extracted nucleic acid samples on MN surfaces, and developed a smartphone-based LAMP amplification and fluorescent reader device that can quantify four LAMP reactions on the same chip. In addition, we have found that the MN patch containing as few as a single needle tip successfully extracted enough RNA for RT-PCR or RT-LAMP analysis. Moreover, MN-extracted RNA samples remained stable on MN surfaces for up to three days. The MN-smartphone platform has been used to detect both Phytophthora infestans DNA and tomato spotted wilt virus (TSWV) RNA down to 1 pg, comparable to the results from a benchtop thermal cycler. Finally, multiplexed detection of P. infestans and TSWV through a single extraction from infected tomato leaves and amplification on the smartphone without benchtop equipment was demonstrated.
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