光热纳米镊子是一种创新的光学设计方法，它彻底改变了传统的光学技术，可以捕获各种纳米颗粒。虽然光热温度场可用于纳米颗粒的原位调控，但在确定其调控生物纳米颗粒的潜力方面仍然存在挑战。
为了观察光热操作和基于成簇的规则间隔短回文重复序列生物检测的协同效应，研究人员开发了一种CRISPR驱动的光热纳米镊子组合，缩写为CRONT。
在《光：科学与应用》的一份新报告中，陈佳杰和光电子工程、生物医学工程和物理学的研究团队通过利用扩散电泳和热渗透流进行光热激发，成功地富集了DNA功能化的金纳米颗粒、CRISPR相关蛋白和DNA链。
科学家们建立在光热方案的基础上，在单分子水平上增强CRISPR相关的单核苷酸多态性检测，引入了一种新的基于CRISPR的方法来观察核苷酸切割。研究人员将这种创新方法作为通用的即时诊断、生物光子学和生物纳米技术领域进行了研究。
光镊
1986 年，亚瑟·阿什金发明了远程调节纳米物体的光镊，并因其这一突破性的发现和对生物系统的贡献而于 2018 年获得诺贝尔物理学奖。虽然经典的光镊依赖于光的动量转换，但跨等离子体光学、电场和温度的跨学科组合有效地解决了这些限制。
各种创新方法已经出现，为颗粒分析和调控提供了新的机会。光热纳米镊子使用光学诱导的热力学力以亚微米级精度调节微米级的纳米颗粒。
与传统的光镊相比，光热镊子需要更低的功率密度，使其成为生物检测的有吸引力的替代品，同时减少对生物样品的不利影响。由于热效应在各种生物过程中起着关键作用，因此可以利用温度场的能力进行实际应用。
该方法可用于调节从微米到纳米级的生物纳米颗粒，包括细菌和活细胞，以及单链和双链DNA分子和蛋白质。
将CRISPR与纳米镊子相结合—CRONT
成簇的规则间隔短回文重复序列系统本身提供了一种非凡的基因编辑工具，该工具也在 2020 年获得了诺贝尔奖。该方法包括CRISPR相关核酸酶蛋白和靶DNA特异性向导RNA。
生物物理学家和生物工程师越来越热衷于通过将CRISPR-Cas系统与新的传感模式相结合来提高DNA检测的灵敏度和多功能性。
为了克服该方法的现有局限性，Chen及其同事设计了一种普遍适用的光热镊子平台，称为CRISPR驱动的光热纳米镊子，用于识别生物纳米颗粒，并使用该装置来识别原位DNA分子，而无需核酸扩增。该实验提供了10 μL的超低检测体积，用于鉴定单核苷酸多态性，以研究遗传多样性、疾病易感性和药物反应，以满足基因组研究和医学的未来需求。
工作原理
为了实现CRONT，科学家们设计了一个微流体室，在盖玻片上沉积了一层薄薄的金膜。当研究小组用激光照明照射金膜时，他们在激光光斑周围产生了一个温度场。科学家们详细介绍了CRISPR反应的最佳条件，并使用暗场显微镜启动了DNA-金纳米膜偶联物的切割。
他们将聚乙二醇的非离子聚合物作为生物表面活性剂添加到水溶液中，以实现出色的生物相容性。
多个纳米颗粒的存在及其不同的热泳迁移率产生了不同的溶质浓度。当浓度增加的溶质通过渗透压影响浓度较低的溶质时，结果导致称为扩散电泳力的相互作用。这项系统性研究强调了CRONT被纳入生物分子鉴定的潜力。
热结合蛋白质和DNA
为了实现CRISPR驱动的光热纳米镊子，Chen及其同事通过使用荧光标记来研究蛋白质和DNA的聚集行为，其中刚性茎的长度产生聚乙二醇浓度梯度。虽然较高的激光功率不会因热渗透流的扩大而持续增加积累速率，但单链DNA的积累高于双链DNA。虽然蛋白质积累在生物物理学中很少被研究，但荧光标记的Cas12a蛋白显示出形成轻微环状积累的趋势，其中增加激光功率会增加其积累率。
该团队还对常用的蛋白质进行了实验，并带有FITC标记。在光热场存在的情况下，这种蛋白质分布保持随机，不受聚乙二醇分子存在的影响。
CRISPR驱动的光热纳米镊子用于识别核苷酸
Chen及其团队指出，与CRISPR驱动的光热纳米镊子相关的光热场如何为基于CRISPR的生物检测提供合适的温度，能够富集生物纳米颗粒以检测超低浓度的DNA，而不是通过检测扩散来控制的布朗运动。
科学家们包括CRISPR-12a方案来检查单链环境DNA。CRONT系统在单分子水平上成功鉴定了单核苷酸多态性的DNA，具有高灵敏度和特异性。
展望
通过这种方式，Jiajie Chen及其同事在光热响应薄膜的边界层中加入了扩散电泳和热渗透流，展示了一种在纳米尺度上调节CRISPR驱动的光热纳米镊子的新方法。
这种方法允许以超低检测量立即实现基于CRISPR的生物传感。
光镊通过基于 CRISPR 的生物传感系统进行 DNA 鉴定，作为生物分子富集切割 CRISPR 复合物的途径。这种由CRISPR驱动的光热纳米镊子或CRONT系统作为生物医学研究、药物发现和疾病诊断的多功能检测探针，具有巨大的前景，可以促进对复杂生物过程的理解。
