Holographic Optical Tweezers and Boosting Upconversion Luminescent Resonance Energy Transfer Combined Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)/Cas12a Biosensors

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作者
Chengyu Li,Bei Zheng,Jiangtao Li,Jia-Ling Gao,Yuheng Liu,Dai‐Wen Pang,Hong‐Wu Tang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (5): 8142-8154 被引量:119
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c09986
摘要

Taking advantage of outstanding precision in target recognition and trans-cleavage ability, the recently discovered CRISPR/Cas12a system provides an alternative opportunity for designing fluorescence biosensors. To fully exploit the analytical potential, we introduce here some meaningful concepts. First, the collateral cleavage of CRISPR/Cas12a is efficiently activated in a functional DNA regulation manner and the bottleneck which largely applicable to nucleic acids detection is broken. After selection of a representative aptamer and DNAzyme as the transduction pathways, the sensing coverage is extended to a small organic compound (ATP) and a metal ion (Na+). The assay sensitivity is significantly improved by utilizing a bead-supported enrichment strategy wherein emerging holographic optical tweezers are used to enhance imaging stability and simultaneously achieve multiflux analysis. Last, a sandwich-structured energy-concentrating upconversion nanoparticle triggered boosting luminescent resonance energy transfer mode is comined to face with complicated biological samples by skillfully confining the emitters into a very limited inner shell. Following the above attempts, the developed CRISPR/Cas12a biosensors not only present an ultrasensitive assay behavior toward these model non-nucleic acid analytes but also can serve as a formidable toolbox for determining real samples including single cell lysates and human plasma, proving a good practical application capacity.
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