Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat-Based Colorimetric Aptasensor Combined with Smartphone Imaging and Deep Learning Enables Selective Recycling and Visual Prediction of Microplastics in the Environment

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作者
Anjie Guo,Wang Guo,Yiqing Guo,Yang Zhang,Zhen Zhang,Xiaobo Zou,Zongbao Sun
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (16): 11886-11898 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c08138
摘要

Microplastics present significant risks to human health and ecosystem stability, creating an urgent need for analytical methods that are simple, rapid, sensitive, and field-deployable. Herein, we report a clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)-based colorimetric aptasensor for the detection of poly(vinyl chloride) (PVC) and polystyrene (PS) microplastics. This platform leverages the high specificity of PVC and PS aptamers integrated into a Fe 3 O 4 @Au-DNA magnetic complex, which facilitates capture, separation, and detection. Upon microplastic binding, a competitive reaction releases an activator DNA, initiating a dual CRISPR-Cas12a system for signal amplification. The activated Cas12a trans-cleavage activity is then linked to a hemin-aptamer DNAzyme colorimetric reaction, converting the signal into a visible color change. This colorimetric output is captured by smartphone imaging and processed in real time. Furthermore, a deep-learning-based regression model was developed to enable the quantitative prediction of PVC and PS micro/nanoplastics in diverse environmental matrices. The method exhibited high selectivity and a broad dynamic range from 10 –2 to 10 3 μg/mL. In smartphone detection mode, the limits of detection for PVC and PS reached 3.1 ng/mL and 3.7 ng/mL, respectively. This approach significantly enhances detection performance and stability, enabling visual monitoring of microplastics in complex real samples. Collectively, this work provides a rapid and effective strategy for the extraction and real-time quantification of small molecules.
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