长期以来，研究人员一直在寻求开发能够精确操作和识别DNA和其他生物纳米颗粒的多功能工具。光学镊子使用激光捕获小颗粒，提供非接触式控制，但缺乏识别特定DNA序列的能力。
同时，CRISPR基因编辑已成为一种超灵敏的检测方法，但需要与纳米技术进行增强和整合。现在，来自深圳大学和香港中文大学的研究人员将CRISPR与光热镊子相结合，这是一项克服先前局限性的创新。
在发布在《光：科学与应用》上的一项新研究中，该团队提出了CRISPR驱动的光热纳米镊子- 一个提供同时捕获和高精度DNA鉴定的平台。这一突破为床旁检测、生物传感和基础生物物理学研究的进步铺平了道路。
自 1986 年发明以来，光镊已成为一项宝贵的技术，它为微观颗粒提供了无与伦比的时空控制。但它们依赖于来自紧密聚焦的高功率激光器的动量传递，从而限制了可能被捕获的材料，并引入了局部加热的光损伤风险。
光热镊子于 15 年前推出，是一种很有前途的替代品，强度要低得多。它们利用微尺度的温度梯度和照明吸收表面附近的流体流动，通过热扩散和对流力来操纵颗粒。但直到现在，传统的光镊和光热技术都无法利用光信号直接识别生物颗粒。这种能力只能通过繁琐的荧光标记方法实现。
同时，CRISPR诊断已成为检测核酸序列的突破性方法，具有极高的特异性，直至单个碱基对。然而，由于需要大量的样品制备和靶标扩增，将台式检测转化为床旁设备仍然具有挑战性。深圳-香港中文大学团队意识到，在一个平台上将CRISPR传感与光热镊子的精确操作融合在一起的巨大潜力。
CRONT 系统使用一层薄薄的金膜在使用标准 785 nm 激光指示器照射时产生略高于室温的加热点。这会产生局部对流和热扩散，可以选择性地捕获 50 多个不同的 DNA 序列和用 DNA 功能化的纳米颗粒。一旦被捕获，通过引入切割靶DNA链的CRISPR复合物来原位识别序列，并实时观察单个金纳米颗粒的衍射图谱在片段化时的变化。这种无源光学读数避免了繁琐的荧光标记步骤。
值得注意的是，通过利用这些自组装力并将CRISPR探针整合到微观热诱导流中，CRONT镊子提高了浓度和相互作用率，从而实现了快速的单个DNA检测。该团队对猴痘病毒序列表现出敏感性，没有任何靶标扩增。与传统的CRISPR检测相比，这代表了高达100亿倍的改进，并与PCR水平的性能相匹配。在低成本激光镊子系统上进行这种超灵敏的定量可以实现床旁检测。
同样值得注意的是，CRONT镊子有助于识别单核苷酸多态性，这种能力以前仅限于昂贵的测序或PCR平台。这为原位遗传变异和突变的光学分析提供了可能性，以研究生物多样性或疾病机制。实验验证表明，CRONT 可以区分 SARS-CoV-2 变体之间的单碱基差异。
除了核酸之外，研究人员还展示了蛋白质的可编程操作，为研究热诱导的蛋白质相互作用提供了有趣的前景。他们指出，该平台可以通过使用不同探针的功能化扩展到各种材料。
虽然仍处于概念验证阶段，但通过结合CRISPR检测和光热操作的优势，CRONT镊子独立克服了阻碍这两种技术的关键障碍。该团队认为，这标志着朝着即时生物传感器、疾病筛查、远程细胞操作以及将纳米光子学与可编程生物相互作用相结合迈出了重要一步。他们计划进一步提高通量，以加速基因组学、表观遗传学和诊断学的研究和检测。
如果随着技术的发展能够保持灵敏度和简单性，CRISPR驱动的光热镊子可以成为实验室和临床分析的无处不在的工具，将先进的纳米技术带入现实世界的生物医学。
