Paper-based genetic assays with bioconjugated gold nanorods and an automated readout pipeline

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作者
Claudia Borri,Sonia Centi,Sofia Chioccioli,Patrizia Bogani,Filippo Micheletti,Marco Gai,Paolo Grandi,Serena Laschi,Francesco Tona,Andrea Barucci,Nicola Zoppetti,Roberto Pini,Fulvio Ratto
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41598-022-10227-7
摘要

Abstract Paper-based biosensors featuring immunoconjugated gold nanoparticles have gained extraordinary momentum in recent times as the platform of choice in key cases of field applications, including the so-called rapid antigen tests for SARS-CoV-2. Here, we propose a revision of this format, one that may leverage on the most recent advances in materials science and data processing. In particular, we target an amplifiable DNA rather than a protein analyte, and we replace gold nanospheres with anisotropic nanorods, which are intrinsically brighter by a factor of ~ 10, and multiplexable. By comparison with a gold-standard method for dot-blot readout with digoxigenin, we show that gold nanorods entail much faster and easier processing, at the cost of a higher limit of detection (from below 1 to 10 ppm in the case of plasmid DNA containing a target transgene, in our current setup). In addition, we test a complete workflow to acquire and process photographs of dot-blot membranes with custom-made hardware and regression tools, as a strategy to gain more analytical sensitivity and potential for quantification. A leave-one-out approach for training and validation with as few as 36 sample instances already improves the limit of detection reached by the naked eye by a factor around 2. Taken together, we conjecture that the synergistic combination of new materials and innovative tools for data processing may bring the analytical sensitivity of paper-based biosensors to approach the level of lab-grade molecular tests.
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