一种基于光热效应的超灵敏核酸检测方法技术

本申请提供一种基于光热效应的超灵敏核酸检测方法。本申请的第一方面，提供一种用于检测核酸样本的检测产品，包括CRISPR体系、核酸探针、检测室和检测组件。根据本申请实施例的检测产品，至少具有如下有益效果：本申请实施例所提供的检测产品通过光热材料层的热效应驱动反应液中的核酸分子、CRISPR体系和核酸探针共同聚集到预设位点，同时，利用热效应产生的局域加热作用，使得CRISPR体系可以快速结合带有靶序列的目标核酸分子并将同样诱导到预设位点的核酸探针进行剪切，通过这种方式快速检测出目标核酸分子是否存在，得出相应的检测结果，从而有效解决了低浓度下的待测目标核酸分子无法检测以及检测耗时较长的问题。酸分子无法检测以及检测耗时较长的问题。酸分子无法检测以及检测耗时较长的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光热效应的超灵敏核酸检测方法


[0001]本申请涉及生物检测
，尤其是涉及一种基于光热效应的超灵敏核酸检测方法。

技术介绍

[0002]核酸诊断技术目前在病毒、细菌、真菌等病原体的检测和鉴定以及疾病诊断中具有非常广泛的应用。随着技术的不断发展，核酸诊断已经发展出包括Southern、Northern、斑点杂交、PCR技术、等温扩增技术等多种不同的技术。其中，实时定量PCR是目前诊断的金标准。然而，这种方法仍然面临操作复杂、成本高昂、耗时长、应用场景受限等问题。
[0003]为此，在CRISPR基因编辑技术兴起后，科研人员尝试开发了多种基于CRISPR的核酸诊断方法，包括以Cas13为核心的SHERLOCK技术、以Cas12为核心的DETECTR技术和HOLMES技术等。这类基于CRISPR的核酸诊断技术的一大优势在于Cas、向导RNA与靶标核酸分子同时存在的情况下具有的非特异性剪切特性，利用这一特征大量剪切荧光探针，从而实现信号放大。
[0004]然而，在实际检测过程中发现，当面对低浓度的核酸分子探测时，检测灵敏度方面仍然得不到保证。因此，有必要提供一种能够解决低浓度靶核酸分子条件下难于检测以及检测耗时较长的问题的核酸检测方法。

技术实现思路

[0005]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种基于光热效应的超灵敏核酸检测方法，其能够解决低浓度靶核酸分子条件下难于检测以及检测耗时较长的问题。
[0006]本申请的第一方面，提供一种用于检测核酸样本的检测产品，包括：
[0007]CRISPR体系，CRISPR体系包括CRISPR相关核酸酶和用于识别靶序列的向导RNA；
[0008]核酸探针，核酸探针具有至少两个末端，两个末端上修饰有检测标记；
[0009]检测室，检测室设有光热材料层，并能够容置反应液，反应液包括核酸样本、CRISPR体系和核酸探针；
[0010]检测组件，检测组件包括第一光源，第一光源能够向光热材料层上的预设位点发射光束，使预设位点产生热效应，从而诱导反应液中的核酸样本、CRISPR体系和核酸探针在局域温度梯度场作用下定向移动到预设位点；检测组件能够检测预设位点的检测标记形成的团簇是否发生变化。
[0011]根据本申请实施例的检测产品，至少具有如下有益效果：
[0012]本申请实施例所提供的检测产品通过光热材料层的热效应驱动反应液中的核酸分子、CRISPR体系和核酸探针共同聚集到预设位点，同时，利用热效应产生的局域加热作用，使得CRISPR体系可以快速结合带有靶序列的目标核酸分子并将同样诱导到预设位点的核酸探针进行剪切，这样，如果发生剪切，那么至少两个末端的检测标记所形成的可检测的
团簇则会发生变化，通过这种方式快速检测出目标核酸分子是否存在，得出相应的检测结果，从而有效解决了低浓度下的待测目标核酸分子无法检测以及检测耗时较长的问题。
[0013]其中，团簇是指核酸探针上一个或多个检测标记所具有的可识别检测的信号，例如可以是通过自发、激发等条件形式下的信号，具体可以是图像信号，例如可以是检测标记所形成的图案，而团簇的变化可以是团簇的数量、形状等一个或多个特征发生变化。
[0014]在本申请的一些实施方式中，CRISPR相关核酸酶选自Cas、Csa、Csb、Csc、Cse、Csf、Csm、Csn、Csx、Csy、Cmr中的至少一种。
[0015]在本申请的一些实施方式中，CRISPR相关核酸酶为Cas9、Cas10、Cas12a～i、Cas13a～d、Cas14a～c中的至少一种。
[0016]在本申请的一些实施方式中，CRISPR相关核酸酶为Cas12a、Cas12b、Cas13a、Cas13b中的任一种。
[0017]在本申请的一些实施方式中，CRISPR相关核酸酶为Cas12a。相比于广为人知的Cas9蛋白，Cas12a蛋白因为结构域的不同有一些很明显的优势。其NUC叶缺少HNH结构域，但含有RuvC结构域，用于DNA切割。与Cas9蛋白不同，Cas12a不需要tracrRNA进行pre
‑
crRNA加工，也不需要RNaseIII。其在WED结构域中具有核糖核酸酶位点，允许将pre
‑
crRNA自主形成成熟的crRNA。并且Cas12a的crRNA明显短于Cas9向导RNA。这允许紧凑的Cas12aCRISPR阵列，可用于同时靶向多个位点。一旦与CRISPR Cas12a蛋白结合，crRNA的重复衍生部分就采用5'伪结构。在crRNA的间隔区衍生部分内，PAM近端(种子)区域通过与蛋白质的相互作用，预先排序，暴露这些核苷酸，用于与DNA靶链的碱基配对相互作用。在结合到目标DNA之后，会激活Cas12a蛋白的切割特性，对目标DNA和单链DNA进行无差别切割。
[0018]可以理解的是，也可以采用其它具有无差别剪切特性的CRISPR相关核酸酶作为Cas12a的替代。
[0019]根据不同的CRISPR相关酶，对应的向导RNA的类型也有所不同。在其中一些实施方式中，向导RNA可以是sgRNA或crRNA中的一种。
[0020]在本申请的一些实施方式中，crRNA包括锚定序列和向导序列，锚定序列与CRISPR相关核酸酶特异性结合，向导序列与靶核酸序列相同或与靶核酸序列反向互补。
[0021]在本申请的一些实施方式中，crRNA的总长度为29～56bp，例如可以是29bp、30bp、35bp、40bp、45bp、50bp、55bp、56bp。
[0022]在本申请的一些实施方式中，crRNA的向导序列的长度为8～35bp，例如可以是8bp、10bp、15bp、20bp、25bp、30bp、35bp。可以理解的是，向导序列的长度显然短于crRNA的总长度。
[0023]在本申请的一些实施方式中，CRISPR相关核酸酶为Cas12a，向导RNA为crRNA。
[0024]在本申请的一些实施方式中，CRISPR相关核酸酶为Cas12a，向导RNA为crRNA，crRNA的锚定序列为UAAUUUCUACUAAGUGUAGAU。
[0025]在本申请的一些实施方式中，检测所用的核酸样本可以是单链核酸分子、双链核酸分子中的至少一种。
[0026]在本申请的一些实施方式中，检测所用的核酸样本可以是RNA、DNA中的至少一种。可以理解的是，根据CRISPR体系识别靶序列类型的不同，部分RNA核酸样本可能需要经过反转录得到DNA后再进行检测。
[0027]在本申请的一些实施方式中，检测所用的核酸样本可以是单链DNA分子、单链RNA分子、双链DNA分子、双链RNA分子中的至少一种。
[0028]在本申请的一些实施方式中，检测标记包括有色物质、荧光物质、发光物质、放射性物质中的至少一种。可以理解的是，根据不同的检测标记类型，可以选择相应的不同的检测方式。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于检测核酸样本的检测产品，其特征在于，包括：CRISPR体系，所述CRISPR体系包括CRISPR相关核酸酶和用于识别靶序列的向导RNA；核酸探针，所述核酸探针具有至少两个末端，所述两个末端上修饰有检测标记；检测室，所述检测室设有光热材料层，并能够容置反应液，所述反应液包括核酸样本、CRISPR体系和核酸探针；检测组件，所述检测组件包括第一光源，所述第一光源能够向所述光热材料层上的预设位点发射光束，使所述预设位点产生热效应，从而诱导所述反应液中的所述核酸样本、所述CRISPR体系和所述核酸探针在局域温度梯度场作用下定向移动到所述预设位点；所述检测组件能够检测所述预设位点的所述检测标记形成的团簇是否发生变化。2.根据权利要求1所述的检测产品，其特征在于，CRISPR相关核酸酶选自Cas、Csa、Csb、Csc、Cse、Csf、Csm、Csn、Csx、Csy、Cmr中的至少一种；优选地，所述CRISPR相关核酸酶为Cas9、Cas10、Cas12a～i、Cas13a～d、Cas14a～c中的至少一种；优选地，所述CRISPR相关核酸酶为Cas12a、Cas12b、Cas13a、Cas13b中的任一种。3.根据权利要求1所述的检测产品，其特征在于，所述检测标记包括有色物质、荧光物质、发光物质、放射性物质中的至少一种；优选地，所述检测标记包括纳米金属颗粒；优选地，所述纳米金属颗粒选自纳米金、纳米银中的至少一种；优选地，所述纳米金属颗粒的粒径为1～100nm。4.根据权利要求1所述的检测产品，其特征在于，所述核酸探针包括第一核酸链、第二核酸链和第三核酸链相互杂交形成的Y型探针，所述Y型探针的至少两个末端修饰有检测标记；优选地，所述核酸探针包括通过所述检测标记相连的多条Y型探针形成的复合探针；优选地，所述第一核酸链、所述第二核酸链和所述第三核酸链相互杂交的方式为所述第三核酸链的3
′
端与所述第一核酸链的5
′
端反向互补，所述第二核酸链的3
′
端的一部分与所述第一核酸链的3
′
端反向互补，所述第二核酸链的3
′
端的另一部分与所述第三核酸链的5
′
端反向互补；优选地，所述第一核酸链、所述第二核酸链和所述第三核酸链的长度独立为10～30bp；优选地，所述第一核酸链的序列为CTTACTCAACACGAACA，所述第二核酸链的序列为TTCTTCTTTGTTCGTAGTCC，所述第三核酸链的序列为TTATTATTGGACTGTTGAGTAAG。5.根据权利要求1所述的检测产品，其特征在于，所述检测组件还包括带通滤光片和图像传感器，所述第一光源发出的光束通过所述带通滤光片反射到所述预设位点，所述检测标记的出光通过所述带通滤光片透射而被图像传感器收集进行检测。6.根据权利要求1所述的检测产品，其特征在于，所述反应液还包括操控辅助剂，所述操控辅助剂选自聚合物、甘油、葡萄糖、牛血清蛋白、十二烷基磺酸钠、磺化聚苯乙烯钠盐中的一种；优选地，所述聚合物选自聚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉杰，张晗，孟长乐，李景枫，周健行，邵永红，
申请(专利权)人：深圳瀚光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：