Paper-based loop-mediated isothermal amplification and CRISPR integrated platform for on-site nucleic acid testing of pathogens

环介导等温扩增 清脆的 核酸检测 核酸 微流控 计算生物学 生物 纳米技术 材料科学 DNA 遗传学 基因
作者
Anindita Sen,Manaswini Masetty,Sasanka P. Weerakoon,Calum Morris,Jagjit S. Yadav,Senu Apewokin,Jennifer Trannguyen,Murray F. Broom,Aashish Priye
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:257: 116292-116292 被引量:95
标识
DOI:10.1016/j.bios.2024.116292
摘要

We report the development and initial validation of a paper-based nucleic acid testing platform that integrates Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) with clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) technology, referred to as PLACID (Paper-based LAMP-CRISPR Integrated Diagnostics). LAMP eliminates the need for thermal cycling, resulting in simplified instrumentation, and the CRISPR-associated protein (Cas 12a) system eliminates false positive signals from LAMP products, resulting in highly selective and sensitive assays. We optimized the assay to perform both amplification and detection entirely on paper, eliminating the need for complex fluid handling steps and lateral flow assay transfers. Additionally, we engineered a smartphone-operated system that includes a low-powered, non-contact IR heating chamber to actuate paper-based LAMP and CRISPR reactions and enable the detection of fluorescent signals from the paper. The platform demonstrates high specificity and sensitivity in detecting nucleic acid targets with a limit of detection of 50 copies/μL. We integrate an equipment-free sample preparation separation technology designed to streamline the preparation of crude samples prior to nucleic acid testing. The practical utility of our platform is demonstrated by the successful detection of spiked SARS-CoV-2 RNA fragments in saliva, E. Coli in soil, and pathogenic E. Coli in clinically fecal samples of infected patients. Furthermore, we demonstrate that the paper-based LAMP CRISPR chips employed in our assays possess a shelf life of several weeks, establishing them as viable candidates for on-site diagnostics.
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