CRISPR/Cas12a powered air-displacement enhanced evanescent wave fluorescence fiber-embedded microfluidic biochip for nucleic acid amplification-free detection of Escherichia coli O157:H7

生物芯片 核酸 大肠杆菌 生物传感器 微流控 清脆的 多重位移放大 纳米技术 聚合酶链反应 材料科学 化学 生物化学 DNA提取 基因
作者
Xiangzhi Han,Dan Song,Wenjuan Xu,Laiya Lu,Anna Zhu,Feng Long
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:469: 134037-134037
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134037
摘要

Simple yet ultrasensitive and contamination-free quantification of environmental pathogenic bacteria is in high demand. In this study, we present a portable clustered regularly interspaced short palindromic repeats-associated protein 12a (CRISPR/Cas12a) powered Air-displacement enhanced Evanescent wave fluorescence Fiber-embedded microfluidic Biochip (AEFB) for the high-frequency and nucleic acid amplification-free ultrasensitive detection of Escherichia coli O157:H7. The performance of AEFB was dramatically enhanced upon employing a simple air-solution displacement process. Theoretical assays demonstrated that air-solution displacement significantly enhances evanescent wave field intensity on the fiber biosensor surface and increases the V-number in tapered fiber biosensors. Consequently, light-matter interaction is strengthened, and fluorescence coupling and collection efficiency are improved, considerably enhancing sensitivity. By integrating the CRISPR biosensing mechanism, AEFB facilitated rapid, accurate, nucleic acid amplification-free detection of E.coli O157:H7 with polymerase chain reaction (PCR)-level sensitivity (176 cfu/mL). To validate its practicality, AEFB was used to detect E.coli O157:H7 in surface water and wastewater. Comparison with RT-PCR showed a strong linear relationship (R2 = 0.9871), indicating the excellent accuracy and reliability of this technology in real applications. AEFB is highly versatile and can be easily extended to detect other pathogenic bacteria, which will significantly promote the high-frequency assessment and early-warning of bacterial contamination in aquatic environments.
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