CRISPR分子诊断:下一代诊断技术,从原理到应用,再到产业化!

CRISPR-Dx知识库内容整理自在线课程讲义、CRISPR-Dx相关的文献、微信公众号等内容,以及近两年的最新研究进展。

2016反式切割发现,CRISPR-Dx元年
2020CRISPR获诺贝尔化学奖
aM 级联用扩增后可达单分子检测
<20 min居家自测产品的目标时效

00建议学习路径

按顺序四步走,每步15–20分钟。

1

懂原理

了解CRISPR诊断的「核心原理」,就一句话:靶标存在 → Cas激活 → 反式切割报告探针 → 释放信号。

2

认系统

浏览CRISPR诊断「经典系统」,记住3个关键词:SHERLOCK / HOLMES / DETECTR。

3

跟前沿

看「恒温一管法」「一管多重」「定量检测」「免扩增直检」「非核酸检测」,理解CRISPR-Dx技术的瓶颈。

4

看落地

从「标准化」「产业转化」「公众号课堂」理解工程与监管视角,最后用术语表和测验自检。

01最新动态

每日更新CRISPR诊断领域的新论文和公众号文章。查看全部归档 →

超多重PCR引物+crRNA一体化设计方法学上线:从「四均衡」到371重实测的完整沉淀 ↗
资料 2026-11-03 · 王金博士「超多重PCR扩增引物设计」项目沉淀(含SADDLE/PrimerPlex/MFEprimer等外部方法学对照吸收)

超多重CRISPR诊断的功夫要先下在PCR引物层——几百重的体系里,绝大多数失败在PCR端而非CRISPR端。这份方法学把「四均衡」(效率/Tm/光谱/长度)、交叉二聚体N²全对ΔG筛查、SADDLE模拟退火(≥4连续互补+3′距离+GC显式建模成Badness)、PAM门控种子排他、四种Cas参数化(Cas12a/12b/12f/13),以及一条真正跑通371重级管线的实测数据与7条实战教训(e-PCR必须双链、覆盖率必须实测不引用文献、分组用冲突图最大团等),压成一套可复用的一体化设计能力。其中371重实测:引物371/371可用、合规crRNA 352/371,暴露的真问题是「属内近缘簇交叉扩增→必须鉴别型重设计」。所有数字为in-silico预测,非临床灵敏度。

Anal Chim Acta:抗体把外泌体PD-L1「翻译」成DNA,iMRO一管式检出限压到10¹颗粒/mL(HCC,AUC 0.964) ↗
文献 2026-11-03 · Analytica chimica acta 2026 · PMID 42967779 · DOI 10.1016/j.aca.2026.346335(题录与摘要经NCBI E-utilities retmode=xml核验,卷1426:346335)

蛋白靶标做CRISPR,卡点始终是「蛋白没有核酸出口」。这条链路把出口造在识别那一刻:先用抗CD63/CD81/CD9磁珠把外泌体整体拉下来(载体级富集),再用PD-L1特异的抗体-DNA偶联物把蛋白丰度编码成RPA模板丰度,接RPA→体外转录→Cas13a反式切割;toehold介导的亲和拉降清掉游离探针压背景。单管封闭、不做外泌体分离,检出限10¹颗粒/mL(原文称单颗粒水平)、定量下限10³、范围10³–10¹¹颗粒/mL;HCC与健康对照P<0.0001、AUC 0.964。边界:10¹颗粒/mL折合每20 μL不足1个颗粒,属泊松区间,「单颗粒水平」是统计阳性率而非单次命中;免提取≠免富集,三抗体磁珠的批间差与回收率仍决定下限;临床只报P与AUC,未给例数、分期构成与独立验证集,只能读作病例对照的分层能力;特异性未给蛋白交叉名单与数值。

Talanta:拿转录因子当识别元件——TetR闸门+滚环转录产crRNA,级联Cas12a定量四环素(LOD 1.35 nM) ↗
文献 2026-11-03 · Talanta 2026 · PMID 42967393 · DOI 10.1016/j.talanta.2026.130823(题录与摘要经NCBI E-utilities retmode=xml核验,卷314:130823)

思路是倒过来的:不扩增靶标,而是让靶标去开一个生产crRNA的工厂。环状DNA模板同时带T7启动子、TetR结合位点与crRNA编码序列——无四环素时TetR占位把转录物理堵住;四环素一到TetR脱落,滚环转录连续绕圈产出大量crRNA,而crRNA正是Cas12a的激活剂,放大的产物直接就是激活事件。调TetR:模板10:1→15:1,量程由6.0–100 nM切到20–600 nM,LOD分别1.35 nM与16.4 nM;养殖尾水加标回收90%–110%,与HPLC一致。这条路径绕开了PAM限制与「蛋白靶标没有核酸出口」两个老难题,代价是把特异性全押在TF上。边界:1.35 nM四环素≈0.60 ng/mL,与核酸fM–aM不可横比;「可调量程」的代价是要先知道浓度档——两档只部分重叠,不知档位就得跑两次;干扰物名单与交叉数值未给,基质只有尾水,HPLC「一致」无样本数与相关系数。

J Fish Dis:光控一管RPA-Cas12a,37℃1小时分辨无乳链球菌III血清型(cpsH,100 copies/反应) ↗
文献 2026-11-03 · Journal of fish diseases 2026 · PMID 42968190 · DOI 10.1111/jfd.70320(题录与摘要经NCBI E-utilities retmode=xml核验)

水产病原的老问题是「检出到这个种」与「知道是哪个血清型」之间差着一整层信息,而III血清型恰是毒力与耐药最值得盯的一支。靶标取荚膜合成基因cpsH,等于把分型直接做进RPA-Cas12a:两步法LOD100 copies/反应,对Ia、Ib、VI三个同源cpsH无交叉,全程37℃恒温≤1小时、可视读。再做成光控一管格式——用光照把扩增与检测在时间轴上错开(与引物/探针空间分隔、变温调控同属「一管法解时序」那一类),气溶胶污染风险下降而灵敏度与两步法持平;模拟加标与现场样本上两种格式互及与常规PCR100%一致。边界:100 copies/反应是每反应绝对拷贝数,未给反应体积→折不出copies/μL,不可与浓度型LOD横比;「光控」的化学实现摘要未交代(光解保护基/光笼引物/光笼dNTP机制差异很大),只能写到「用光做时间分离」;现场样本未给例数、鱼种与Ct分布,小样本下100%一致置信区间很宽;血清型只验证Ia/Ib/VI,未覆盖II/IV/V。

Anal Chim Acta:EWOD数字微流控16位点芯片并行检4种食源性致病菌,片内50分钟(LOD 10³–10 CFU/mL) ↗
文献 2026-11-03 · Analytica chimica acta 2026 · PMID 42967794 · DOI 10.1016/j.aca.2026.346361(题录与摘要经NCBI E-utilities retmode=xml核验,卷1426:346361)

多重检测无非三条路:荧光通道复用、物理分隔、荧光编码。这篇选最笨也最稳的一条——物理分隔。EWOD靠加电压改液滴接触角驱动液滴,不要泵也不要阀,液滴本身就是反应腔;16位点按4个病原模块划分,每模块1阳性对照+1阴性对照+2样本重复,对照与样本同片同批,批间差就地扣掉;片内RPA恒温扩增+荧光读出约50分钟。LOD分别为金黄色葡萄球菌10³、大肠杆菌O157:H7 10²、李斯特菌10、克罗诺杆菌10² CFU/mL;35株食品相关菌无交叉;牛奶、奶粉、鸡肉加标后LOD相当,但荧光强度随基质变化。边界:前处理仍在芯片外(取样与gDNA提取都在片外),片内自动化只买到扩增与读出,不等于sample-to-answer;16位点里真正测样只有8个,单次最多4靶标,加靶要重设计芯片;李斯特菌10与其余差1–2个数量级,摘要未解释(可能源于基因组拷贝数差异),不可当作平台统一灵敏度;与本站p-dmf-amplfree-sepsis同属EWOD平台,但那条以「免扩增+机器学习」换灵敏度,这条以「扩增+并行分区」换通道数。

ACS Sensors:逆转录酶+LNA探针+Cas12a正反馈做成「一锅式免预扩增」RTLC——0.5 aM/27分钟,直检985 nt长RNA ↗
文献 2026-11-02 · ACS Sensors 2026 · PMID 42603302 · DOI 10.1021/acssensors.6c01202(题录与摘要经ACS官网与PubMed交叉核验,刊期11(8):7007–7017,「CRISPR in Sensing」特辑;2026-08-15在线、08-28刊出)

传统Cas12a检测的两大死穴——要预扩增(PCR/RPA,多一步开管、多一层气溶胶污染)与直检结构化RNA难(Cas12a偏爱DNA)。这篇把逆转录酶、LNA修饰探针、Cas12a正反馈合成一个RTLC系统:LNA探针先解开RNA的二级结构再被Cas12a识别,逆转录酶持续合成DNA-RNA杂合体喂给Cas12a,形成自催化正反馈。一锅、免预扩增、无热循环,0.5 aM灵敏度/27分钟、单碱基分辨率、可直检86–985 nt长RNA;实际样本里验证了肝癌标志物lncRNA HULC与结直肠癌标志物miR-21(12例患者+8例健康对照)。边界:0.5 aM来自12次独立重复、SNR 2.31>阈值1.68,但它是缓冲体系里对纯寡核苷酸靶标的数,非临床样本级灵敏度;血清样本仍要预先提取RNA(作者自述),未做到「免提取」;正反馈持续生成DNA-RNA扩增子,携带与PCR类似的实验室气溶胶携带污染风险(作者建议UDG消化+物理分区,尚未工程化);miR-21临床队列12+8例、仅验证「过表达」,无灵敏度/特异度/ROC;HULC的ROC用了27+27例达到100%/100%,但阈值与SNR由同一批数据反推,缺独立验证集;灵敏度按3σ(MeanNTC+3SD)算,0.5 aM恰为最低标准点,动态范围与批间CV需看原文表S1。

共收录 98 条 · 最近更新 2026-11-03 · 查看全部归档 →

02认识CRISPR

CRISPR-Dx(CRISPR-based Diagnostics):用CRISPR-Cas系统的可编程识别 + 信号放大能力做分子检测。

🦠 起点:细菌的免疫系统

CRISPR(规律间隔短回文重复序列)是细菌和古菌对抗病毒的获得性免疫系统:病毒入侵 → 抓取病毒序列存入自身基因组(spacer acquisition)→ 加工成crRNA → Cas蛋白带着crRNA精准识别并切割再次入侵的外源核酸。本质是一套「按序列定位、精准打击」的分子机器;再加上部分Cas蛋白(如Cas12和Cas13)有反式(旁路)切割的活性,能实现信号放大和检测灵敏度提升;而“精准和灵敏”—— 这正是诊断最想要的特性。

1987首次发现重复序列2005免疫功能假说2007假说被证实2012 Cas9机制解析2020诺贝尔化学奖

⏱️ 三代分子诊断技术的分工

不同技术解决不同痛点,CRISPR补上的是「简便、快速」这一环:

技术时代核心优势典型场景
PCR1983–灵敏、精准(金标准)中心实验室
NGS1990s–2004通量、成本递减大样本、大数据
CRISPR2016–简便、快速、特异POCT/自测

与现代化办公的类比:PCR ≈ 台式机,POCT ≈ 笔记本,NGS ≈ 服务器,CRISPR ≈ 智能手机 —— 在满足性能的同时变得更便捷。

🔬 领域热度与覆盖面

CRISPR-Dx被Science(2018)评为「下一代诊断技术」、Nature(2022)列为「7项最值得关注的技术」之一;2020年诺奖得主Doudna的Nobel Lecture亦以「分子诊断技术的未来」为题介绍CRISPR-Dx。CRISPR-Dx研究覆盖病原体检测(细菌、病毒、真菌、寄生虫)、癌症早筛、肿瘤基因检测、遗传病筛查、药物基因组、食品环境安全、转基因检测与非核酸靶标检测等方向。

03核心原理:识别 + 反式切割

待检靶标(DNA/RNA)+ 向导RNA(gRNA)+ Cas蛋白(Cas12/Cas13):靶标存在 → 形成三元复合物 → 激活Cas蛋白「反式切割 / 旁路切割」活性 → 切割报告探针 → 释放信号。

① 组装 靶标DNA/RNA + Cas蛋白 + crRNA Cas ② 特异识别 crRNA与靶标碱基互补 (单碱基差异可区分) 三元复合物形成 ③ 反式切割激活 cis切割靶标后,Cas被 激活「旁路」切割活性: 非特异性切割周围探针 ④ 信号释放 Reporter:F–Q荧光探针 F Q 切割后F与Q分离 → 荧光 / 试纸条 / 显色 一个靶标识别事件 → 切割大量探针 = 酶促信号放大 | Cas12切ssDNA探针 · Cas13切ssRNA探针 · Cas9早期系统为Signal-OFF
图1 · 核心原理:可编程识别(特异、精准)+ 反式切割(信号放大、灵敏)+ 恒温反应(方便)

三类Cas蛋白对比

诊断中最常用的三类Cas蛋白,以Cas12和Cas13为主。CRISPR诊断的检测手段非常灵活:荧光、胶体金试纸条(LFA)、显色反应、电化学传感(E-CRISPR)、场效应晶体管(FET)、微流控芯片等均可对接。

蛋白靶标核酸PAM / PFS反式切割底物代表系统特点
Cas9(II型)dsDNA3' GC-rich PAM早期无反式切割应用NASBACC、CRISPR-CHIP史上首次进入诊断;Signal-OFF;dCas9可识别捕获 + FET免扩增直检
Cas12a/b(V型)dsDNA / ssDNA5' AT-rich PAM(T-rich)ssDNA报告探针HOLMES / DETECTR / HOLMESv2 / CDetection / STOPCovid活性强、探针便宜稳定;Cas12b耐热,适合一步法;家族庞大(包括Cas12f1/Cas14a1、Cas12a2等)
Cas13(VI型)ssRNA3' 非G的PFSssRNA报告探针SHERLOCK / SHERLOCKv2 / CARMENRNA检测天然主力;不同物种切割偏好不同,利于多重正交检测

💡 记忆点:Cas12认DNA、切ssDNA探针;Cas13认RNA、切ssRNA探针。公众号「CRISPR分子诊断」补充的细节:Cas12a反式切割产物碎片仅2–4 nt;dsDNA激活依赖PAM,ssDNA激活不需要;Lb/Fn/AsCas12a中Lb信噪比较高。注:最新的研究显示,通过利用特殊的crRNA设计方案,Cas12也可以被用于靶标RNA的检测;部分Cas13蛋白(如LbuCas13a)也可以识别靶标DNA;Cas12a2识别靶标RNA,但是反式切割ssRNA探针、ssDNA探针和dsDNA探针。

📡 三大信号系统

  • 荧光法:F–Q标记探针,结合扩增等措施,CRISPR检测灵敏度可达aM;多重检测需多色通道设备,通量受限。
  • 电化学法:相比于荧光法,电化学法的灵敏度更高,且设备可小型化。
  • 侧向层析(试纸条)法:SHERLOCKv2首创竞争法判读,FAM + 生物素标记;C线在前,与常规扩增产物的判读方向相反。此外,还有消线法试纸条,也可以用于CRISPR诊断结果的便捷判读。目前,以竞争法为主。

⚠️ 试纸条的工程痛点:需精细调节探针浓度、阴性可能出现「淡T线」、难做多联检与内控。

🧩 Cas9系技术路线(CRISPR诊断先驱)

  • Cas9:特异识别 + 切割(消减非目标序列、富集建库)
  • dCas9:识别产生信号(PC系统);识别捕获;FET免扩增直检(CRISPR-CHIP 2019 / SNP-CHIP 2021)
  • nCas9:产生nick位点,结合SDA扩增(CRISDA,2018)
  • Cas9反式切割:可被靶标激活,切T/C-rich ssDNA(依赖crRNA/tracrRNA)(2024)

04经典系统与发展时间线

从Cas9初次登场,到Cas12/Cas13双雄并立,再到恒温一管法与免扩增直检等技术体系的建立,进而开创了下一代分子诊断技术的新时代。

2016NASBACC(Cell)

Cas9 + NASBA + Toehold显色反应,第一次把CRISPR引入体外诊断。Signal-OFF模式,可区分单碱基差异。

2016Cas13反式切割活性发现

C2c2(Cas13a)被鉴定,发现旁路切割活性,首次提出用于核酸检测。

2017SHERLOCK(Science)

Cas13a反式切割 + RPA恒温扩增 + T7体外转录,开创CRISPR-Dx时代;可冻干、可试纸条读结果。

2017–18HOLMES / DETECTR

Cas12a反式切割活性被独立发现并用于核酸检测:HOLMES(2017.07专利,Cell Research 2018;Cell Discovery 2018)与DETECTR(2017.11专利,Science 2018)原理一致:扩增 + Cas12a + ssDNA荧光探针。

2018SHERLOCKv2(Science)

首个一管多重系统:Cas13a + Cas12a组合,引入Csm6二次放大;同时介绍了用于CRISPR诊断结果判读的LFA试纸条与显色法。

2018HUDSON

热处理未提取样本直接检测,向「免提取」迈出关键一步。

2018HOLMESv2(bioRxiv; ACS Synth Biol)

耐热Cas12b的一步法(one-step)系统,兼容DNA & RNA靶标,支持定量、SNP与甲基化检测。

2019-CDetection/STOPCovid/AIOD-CRISPR/CARMEN

Cas12b一步法CDetection(Genome Biology 2019);新冠临床级Cas12b一步法STOPCovid(NEJM 2020);Cas12a一锅法AIOD-CRISPR(Nat. Commun. 2020)。Cas13超多重病原检测:CARMEN(Nature 2020);mCARMEN(Nature Medicine 2022)。

2019–免扩增与直检

FIND-IT(Cas13+Csm6串联;NCB 2021)、Cas13免扩增RNA直检(Cell 2021)、基于Cas9的直检,CRISPR-Chip(Nature Biomedical Engineering 2019)/SNP-Chip FET(Nature Biomedical Engineering 2021)、E-CRISPR电化学、、dWS-CRISPR绝对定量。

🎯 两条核心方法学路径

SHERLOCK路线(Cas13):DNA/RNA →(RT)扩增 → T7体外转录 → Cas13反式切割ssRNA reporter → 释放信号

HOLMES / DETECTR路线(Cas12):DNA/RNA →(RT)扩增 → Cas12识别(PAM)→ 反式切割ssDNA reporter → 释放信号

📌 关键差别:Cas13路线多一步体外转录;Cas12路线省掉转录步骤,而且用的是DNA探针,更便宜、更稳定 —— 这也是HOLMES/DETECTR在工程上更受青睐的原因之一。

里程碑系统酶一句话定位
NASBACCCas9CRISPR诊断开山之作
SHERLOCK v1/v2Cas13a(+Cas12a)经典体系,首个一管多重
HOLMES / DETECTRCas12a金典体系
HOLMESv2Cas12b首个LAMP+Cas12b一步法体系
Cas14-DETECTRCas12fSNP区分度高、活力较低
CARMEN / mCARMENCas13(+Cas12)病原体超多重检测(液滴/微流控芯片)
SHINE v1/v2Cas13a免提取 + 一管法 + 冻干,面向现场

05核酸检测:五条主攻路线

这是CRISPR诊断的「正题」。五条路线回答四个问题:能不能不用开盖(恒温一管法)、能不能一次测多个靶标(一管多重)、能不能区分单碱基差异或修饰差异(甲基化检测)、能不能精准定量(定量检测);最后一条釜底抽薪 —— 能不能干脆不做靶标核酸的扩增(免扩增直检)。

05.1恒温一管法:扩增 + 检测同管完成

常规的CRISPR诊断技术要想达到临床应用的灵敏度,通常需要联合上游的扩增。相比于PCR技术,恒温扩增无需热循环仪,是CRISPR诊断的最佳搭档。

技术全称 / 来源温度要点
LAMPLoop-mediated isothermal amplification(2000, NAR)60–65°C应用最广;副产物焦磷酸镁可测浊度/颜色;同类有CPA、SEA
RPA / RAA / MIRA / ERA / RMARPA重组酶聚合酶扩增(TwistDx);国产同类RAA、MIRA、ERA、RMA37–42°C最快之一(5–20 min);TwistDx核心专利已到期;探针设计有特殊要求
NASBA / TMA / SAT基于转录的RNA扩增~41°C适合RNA靶标;NASBA需另加RNase H,TMA的RT自带RNase H活性,SAT含分子信标
RCARolling circle amplification恒温滚环扩增,适合环状模板与拓扑结构设计
SDA / NEAR链置换 / 切刻内切酶扩增恒温依赖切刻内切酶
HDAHelicase-dependent amplification(2004)恒温模拟体内解链酶复制
EXPARExponential amplification reaction(2003)恒温指数级小片段扩增,常用于反馈放大回路
HCRHybridization chain reaction(2004)无酶不是扩增酶反应,是杂交链式信号放大,可与Cas12联用

🔥 LAMP + Cas12b一步法

用CRISPR的高特异性克服LAMP的非特异性扩增(HOLMESv2 / CDetection / STOPCovid)。建体系流程:① 先用SYTO-9 / SYBR Green I摸索LAMP效率;② 筛选Cas12b sgRNA —— 设计在扩增子上、避开引物配对区、兼顾PAM与sgRNA活性。

⚡ RPA + Cas12/Cas13

SHERLOCK的经典组合。37–42°C与CRISPR反应温度兼容,是两步法与一管法的主流选择。结合CRISPR后可提升特异性并实现点突变(SNV)分型与耐药位点检测。注:RPA除了与Cas12a/12f/Cas13a/13b结合外,也可以与耐高温的Cas12b蛋白结合。

🚫 气溶胶污染

开管转移扩增产物极易造成气溶胶污染(假阳性)。一管法通过物理隔离、化学调控、光控修饰、蜡隔板等策略在单管内完成扩增 + 检测全流程,是CRISPR诊断产业化的重要方向。

🔧 一管法:动力学冲突与2025–2026前沿

领域的核心矛盾:扩增要「快」,CRISPR切割要「准」—— 两者在同一管里会打架。如何劝架?下面几种方案是当前主流的解法。

🔧 一管法动力学冲突的三种解法

① 变温调控:TRACE、POP-CRISPR等
吐露港王金,NC 2025;华南师大周小明,NC 2026

TRACE:37°C时Cas12b被ssRNA阻断子「关断」,让RPA专心扩增;升温到60°C解链释放Cas12b,转为检测模式 —— 单管内实现时空解耦。POP-CRISPR:温度能改变Cas对PAM的宽容度:45°C时有82个非经典PAM表现出反式活性,而37°C仅5个;流程改为37°C扩增10 min → 45°C检测。

② 物理隔离:蜡球 / 蜡隔板
康涅狄格大学Changchun Liu,ACS Sens. 2026

把CRISPR试剂用蜡封住,低温阶段不参与扩增,升温融蜡后释放。WS-CRISPR用重力驱动液滴穿过空气/熔蜡/乙醇三相自动裹壳,实现标准化量产:40°C 12 min → 45°C融蜡3 min → 40°C 12 min,30 min完成14种高危HPV分型,LOD达到1×10⁻¹⁸ M,70例临床样本的结果为97.4%/100%。WIAT蜡隔板方案:39°C RPA → 46°C融蜡混合Cas12a,10 aM,30份HSV-2临床拭子与qPCR高度一致。

③ 序列工程:改crRNA / 改蛋白
SCas12a(NAR)、MS-CRISPR(PNAS)、11bp+9ss(Anal Chem)

不改硬件改分子。SCas12a:分裂式crRNA让Cas12a识别无PAM dsDNA时彻底丧失顺式切割、反式切割反而更强,LOD 0.1 aM(提升100–1000倍),<30 min,单碱基选择性91倍,HPV16/SARS-CoV-2/TP53临床准确率100%。MS-CRISPR:crRNA骨架点突变削弱早期切割,让RPA先积累模板,1 copy/μL,配掌上装置 + LFA 5 min。11bp+9ss:缩短互补区 + 9 nt ssDNA,LOD 1 copy/μL,可特异分辨BA.1/BA.2。

🚀 2025–2026其他重要进展

HELP:全血免培养MRSA检测
仁济医院,ACS Sensors 2026-09

鲱鱼骨芯片 + 万古霉素磁珠捕获 → 一步RPA-CRISPR/Cas13a双检nucA/mecA,全血直检约2 h,LOD 1 CFU/mL;350例前瞻多中心与血培养100% 一致;约4美元/次(对照T2Bacteria 100–200美元)。

微流控七联检
ACS Sensors 2026-09

单芯片7腔室,30 min筛查FluA/B、RSV A/B、MP、HAdv、HPIVs,LOD 0.1–1 fM,手机判读,人工步骤减少70%。

PNA-CRISPR + 数字液滴
Anal Chem 2026-09

解旋酶 + PNA链侵入把dsDNA改造成ssDNA底物,绕开PAM限制;液滴化后LOD 100 fM;20份痰液katG Ser315Thr耐药突变与测序一致率90%。

AI + 微流控全自动结核平台
ACS Meas Sci Au 2026-03

数字微流控 + YOLOv11判读,35 min全流程,LOD 30拷贝/反应,整设备 <100美元,AI判读准确率0.956。

SP-EXPAR + Cas14a:血浆KRAS G12C / G12D一锅法
Analytical Methods 2026-10-01 · PMID 42635115(本站更新于2026-10-05)

两道特异锁串联:发夹探针按结合亲和力差异选择性扩增突变型、压制野生型;Cas14a sgRNA种子区第11位放突变位点做二次判别 —— 换用Cas14a是为了绕开Cas12a的PAM依赖。G12C 1 h完成,检出限81.9 aM(对应0.1% 突变比例),42例NSCLC临床样本与DNA测序完全一致。注意它的一锅是「Cas14a试剂预置管盖、扩增后再混」的物理分隔式伪一锅,与前述试剂全程共存型的一锅法不在同一防污染级别。

🧭 三条主线的收敛方向

  • 免扩增直检:分子工程改造Cas动力学、自催化反馈回路(BNA开关)、数字检测(微反应体积)、单分子表征 —— 目标是绕开扩增带来的污染与耗时。2026-08 ACS Sensors的RTLC体系(PMID 42603302)用逆转录酶 + LNA探针与Cas12a组成正反馈回路,无需任何预扩增即可检测RNA,并由LNA探针辅助打开RNA的复杂二级结构(本站更新于2026-10-03)。2026-05的SCC-Cas13a(PMID 42184674)走的是「信号自带扩增」的路:crRNA识别靶RNA后激活Cas13a切开富U茎环发夹探针,释放出的ssRNA激活子与靶RNA同序列,可再进下一轮识别,构成自级联循环,因此无需反转录、也无需任何预扩增,3 min内检出RSV / Flu A / SARS-CoV-2,检出限230–420 aM(本站更新于2026-10-05)。
  • 多重与高通量:从SHERLOCKv2的4通道,到微流控7联检,再到CARMEN的100样本编码;难点在于正交Cas酶与探针的筛选、以及多重扩增(multiplexed RPA)本身;因此,再做超多重或高通量CRISPR诊断时,超多重PCR技术是更好的选择。
  • 工程化与产品化:冻干试剂、免提取样本、手持/掌上装置、手机判读、免电源机械驱动、量产工艺一致性 —— 2025年后竞争焦点已从assay灵敏度转向这些「工程学问题」。

📌 一句总结:上半场是「可能性的技术/艺术」,下半场是「可行性的工程/产品」。

变温调控蜡隔离crRNA工程免扩增数字CRISPR微流控AI判读冻干

05.2一管多重:一次测多个靶标

临床真正需要的是「一次进样、多个病原/多位点」。多重的难点不在Cas识别,而在正交酶与探针的筛选、以及多重扩增(multiplexed RPA/LAMP)本身。

① 荧光通道复用

SHERLOCKv2引入Csm6做信号级联,用不同荧光基团标记的探针来区分4个靶标。代价是正交报告探针的筛选,以及多酶、多crRNA和多报告探针带来的系统超级复杂性。

② 物理分隔(多腔室)

微流控芯片开7个腔室,每腔一条crRNA,30 min筛查FluA/B、RSV A/B、MP、HAdv、HPIVs——多孔分判读是多重的最简实现。代价是微流控芯片的开发和成本的控制。

③ 荧光编码(液滴)

CARMEN用液滴 + 两色各10档编码,一次测100样本 × 169种病毒;CANDI用纳米液滴编码15种分枝杆菌。代价是芯片的高成本与为防气溶胶污染而必须在分区实验室进行操作。

05.3甲基化检测:把表观遗传信息「翻译」成核酸信号

CRISPR读的是序列,不认甲基化 —— 同一个碱基上有没有那一个甲基,Cas酶自己分辨不了。所以CRISPR甲基化检测的第一步往往不是CRISPR,而是「翻译」:先把甲基化状态转成序列或结构上的差异,再交给Cas去读。它在整个体系里的定位是替代MSP / qMSP的读出端,而不是取代亚硫酸氢盐处理本身。翻译方式就三条路。

① 甲基化敏感限制酶(MSRE)

用AciI、HpaII这类酶去切未甲基化的识别位点;被甲基化保护的位点切不动、保持完整双链。而完整dsDNA才能被扩增,进而激活Cas12a的反式切割 —— 于是「甲基化程度越高 → 残留完整模板越多 → 荧光越强」。优点是无需化学转化、对DNA无损伤、能与RPA恒温扩增串成一管;代价是必须存在合适的酶切位点,且受不完全酶切干扰。

② 转化法:亚硫酸氢盐 / 酶法

把未甲基化的C变成U(读出时视作T),甲基化的C保持不变 —— 甲基化信息就此变成实打实的序列差异,之后用普通CRISPR检测即可。这是最经典的路线,也是Septin9等甲基化标志物得以定型的功臣。代价是经典亚硫酸氢盐会严重降解DNA、转换不完全会直接造成假阳性;酶法转化(如EM-seq)温和,但成本更高、流程更长,且转化率低于化学法。

③ 富集法:抗体 / MBD蛋白

先用抗5-甲基胞嘧啶抗体或甲基化结合域(MBD)把甲基化片段拉出来,再对富集产物做CRISPR检测。适合全基因组尺度筛查与未知位点发现,代价是丢掉单位点分辨率 —— 它回答的是「有没有甲基化」,不是「哪个CpG被甲基化了」。

🧪 代表工作:从0.01% 到34 aM

近三年的竞争焦点有两个:单CpG分辨力(在同一位点上区分「甲基化 / 未甲基化」)与免标记读出(甩掉昂贵、且不完全淬灭会抬高背景的荧光-淬灭探针)。下表按时间倒序。

方案转换/富集读出 / 靶标关键成绩来源
DNA/AgNC切割响应型报告探针MSRE + RPA银纳米簇模板骨架自切割 → 绿→红比率型荧光;多基因甲基化表观催化效率约为荧光-淬灭探针的 2倍;MSRE-RPA-Cas12a流程 LoD 74.5 aM;报道时间30 min;配合小型光电设备做 5个位点空间分辨,相对误差约5%Biosens Bioelectron 2026 · PMID 42330666
CRISPR/Cas12a-纳米酶离子电子学AciI(MSRE)Ag-DNAzyme + Au/Pt异金属纳米酶 → 电流-电压读出;septin9-mC线性100 aM–10 nM,LoD 34.0 aM;可区分结直肠癌细胞与正常结肠上皮细胞、患者与健康人Anal Chem 2026 · PMID 41548240
可控Cas12a信号逻辑门GlaI + FEN1正交酶级联 + 链置换三档荧光动力学状态;KRAS G12C突变 + Septin9甲基化同管同测免亚硫酸氢盐、单管等温;与Sanger测序、qPCR完全一致,并可测外周血Septin92026(Mendeley收录)
双荧光功能核酸比率型AciI(MSRE)免标记DFFNA(金胺O / ATMND双荧光比值);位点特异性甲基化LoD 152 pM;双荧光比值抗环境干扰,可颜色判读 + 手机成像Synth Syst Biotechnol 2026 · 11:52-58
DNAzyme / 分裂适配体级联AciI(MSRE)免标记金胺O荧光;Septin9线性2–200 nM,LoD 1.74 nM;已用于细胞系、临床组织与血液样本Biosens Bioelectron 2025 · 287:117720
免PAM的通用激活模型「加热-冷冻」制备toehold dsDNAtoe-dsDNA激活Cas12a;ACP / CLE / DAB / HOX四个高甲基化基因摆脱PAM依赖,单CpG分辨力约为常规含PAM底物的 5倍、判别因子 >200;LoD 0.01%;29例肝癌 + 11例卵巢癌 + 4例健康人验证Chinese Chemical Letters 2025
MeCRISPRMSRE + RPA恒温扩增Cas12a荧光;mSEPT9(宫颈癌)可检 1 copy/μL、从大量gDNA中区分 0.01% 甲基化;60 min出结果;临床宫颈癌样本敏感100% / 特异92.3%Sens Actuators B 2023 · 379:133231
三代演进:SENA → meHOLMES → psHOLMES亚硫酸氢盐转化 + MSP类前处理CRISPR作读出端把CRISPR明确定位为「替代MSP / qMSP的读出环节」:SENA是PCR + CRISPR组合,meHOLMES与psHOLMES进一步整合甲基化前处理与检测EBioMedicine 2020 / 2024 / ACS Infect Dis 2026(站内卡注明DOI未逐一核验)
HOLMESv2—(直接扩增)耐热Cas12b一步法最早把「SNP与甲基化检测」同「一步法 + 定量」写进同一体系的代表ACS Synth Biol 2019

🏥 临床落点:甲基化标志物与CRISPR的接口

  • Septin9(结直肠癌):目前最成熟的甲基化标志物 —— 外周血甲基化Septin9检测已获FDA批准用于结直肠癌筛查,也是CRISPR甲基化检测最常被选中的验证靶标(既用于结直肠癌,也被MeCRISPR借去做宫颈癌)。
  • cfDNA甲基化:癌症早筛的核心方向。甲基化信号比突变更早、位点更密集,但丰度极低(肿瘤来源的甲基化等位基因可能低于1%)—— 这正是「CRISPR + 等温扩增」的用武之地。
  • 宫颈癌:MeCRISPR用宫颈脱落细胞(CEC)样本检测mSEPT9,避开组织活检的有创性。
  • 其他常用位点:RASSF1A、FAM19A4、SHOX2、SEPT9 —— 共同特征是「肿瘤中高甲基化、正常组织中低甲基化」。
  • 病原体方向:甲基化也可用于区分病原体与宿主DNA、或追踪耐药表观标记,是这条路线相对独特的一个出口。

⚠️ 边界与待解问题

  • CRISPR是「读出器」,不是「识别器」:它能读懂序列,但目前还读不出甲基化信息。现有「CRISPR直接测甲基化」的说法,可能还不太成熟;在采用该体系前还需要先追问它是否有前置的转换步骤。
  • MSRE依赖位点:没有合适的酶切位点就没有信号;甲基化保护的「不完全酶切」会把背景整体抬高。
  • 单CpG分辨力是硬骨头:要在同一管内区分甲基化 / 未甲基化,靠的是crRNA工程与人工错配、assist-strand的设计(如toehold + 辅助链方案),并非Cas的天然能力。
  • 临床样本量普遍偏小:上表多数工作只做到几十例(29例肝癌、11例卵巢癌、13例等),尚无大样本前瞻队列 —— 距结直肠癌Septin9这类已获批方法,还隔着一次真正的临床研究。
  • 「免标记」与「灵敏度」的取舍:免标记方案(G-四链体、分裂适配体、双荧光比值)省掉了探针合成成本,但结构化核酸作底物时Cas12a的切割效率本就低于线状ssDNA,需要用分裂设计去补偿。
  • 与qPCR / 测序的分工:甲基化定量的金标准仍是亚硫酸氢盐测序与qMSP;CRISPR目前的价值在「免仪器、快、可在现场做」,而不是取代实验室级的定量与位点扫描。

05.4定量检测:从「有 / 无」到
「多 / 少」,再到「绝对定量」!

Cas的反式切割是阈值型的:靶标一出现,探针被迅速切完、信号冲到平台,这让CRISPR天生擅长「有 / 无」判读。不管是CRISPR结合恒温扩增反应,还是CRISPR直接进行反式切割反应,其本质上都是恒温反应,不像qPCR那样需要循环反应,因此,在定量上不如qPCR(Ct值)那么精准,但是,需要说明和强调的是,CRISPR可以用与起始浓度成正比的Tt值,因此,也是可以用于定量检测的。此外,CRISPR还可以和数字PCR仪等平台结合,获得数字CRISPR技术,实现靶标的快速、精准、绝对定量!

① 端点荧光:只能分级

终点荧光强度或试纸条灰度比值,只能粗分为阴性 / 弱阳 / 强阳,受过早饱和与探针消耗限制。适合分级报告与筛查分诊,不适合直接报浓度。

② 时间 / 速率判读:半定量

记录荧光到达阈值的时间Tt(time-to-threshold)或初始上升斜率:起始模板越多、到达阈值越快 —— 这是等温体系里最接近Ct的指标。优点是只需实时荧光仪;缺点是等温体系没有真正的「循环」概念,线性范围偏窄,且受酶活批次影响,跨批次比较需要重新标定。

③ 数字分区:绝对定量

把反应分散到成千上万个微滴 / 微腔,让每个分区只含「有或无」靶标,再按泊松分布由阳性比例反推分子数 —— 免标准曲线,且不受扩增效率波动影响,是数字CRISPR(dSHERLOCK、PNA-CRISPR + 数字液滴)的定量基础。代价是分区数与判读阈值直接决定精度与动态范围。

📌 代表工作与深入阅读

dSHERLOCK数字CRISPR
Nat Biomed Eng 2026-01

20 min内同步定量耳念珠菌菌种与耐药突变,被视为开年标志性转化进展。

dμCRISPR / idCRISPR:血浆EBV DNA双形态POCT
Talanta 2026-09-29 · PMID 42826482(本站更新于2026-10-04)

同一套RPA-CRISPR/Cas13a反应配两种形态:液滴微流控芯片60 min出绝对定量、分析灵敏度1 copy/μL;一体化侧流装置50 min裸眼筛查、检出限10 copies/μL。前处理用油相磁珠转移(OMT),8 min完成血浆EBV DNA提取。24例(定量)与30例(目视)临床血浆样本与qPCR一致。

HOLMESv2:一步法里的定量
ACS Synth Biol 2019

耐热Cas12b的一步法(one-pot)系统,兼容DNA & RNA —— 在支持SNP与甲基化检测的同时给出定量能力,是一管法与定量结合得最早的代表。

🪜 定量能力的三个台阶

  • 定性(有 / 无):终点裸眼或试纸条判读,最简单、最抗干扰,适合筛查与分诊。
  • 半定量(分级):Tt或端点荧光分级,能给「弱 / 中 / 强」,不能直接报浓度。
  • 绝对定量(拷贝数 / μL):数字分区 + 泊松统计,才给出免标准曲线的绝对数。

⚠️ 这一子类的待解难题

  • qCRISPR能否真正达到qPCR的定量水平?
  • 数字CRISPR的分区数与判读阈值限制了精度与动态范围,且依赖专用芯片 / 液滴设备。
  • 扩增效率波动会把误差带进定量结果 —— 这正是数字分区相对「荧光定量」的核心优势所在。

05.5免扩增直检:绕开扩增的污染与耗时

扩增带来了灵敏度,也带来了气溶胶污染、耗时与设备依赖。免扩增(amplification-free)路线试图用「分子工程 + 信号放大」直接检出低丰度靶标。

① 改造Cas蛋白(动力学)

天然Cas切割动力学偏慢,工程化改造crRNA / Cas蛋白提升反式切割速率与亲和力,让单个识别事件更快转化为信号。改造crRNA的代价是改造多为「一靶标一方案」,换靶标或换Cas常要重新筛选。

② CRISPR-Cascade级联放大

把两级Cas串成级联(如Cas13a识别靶标后经桥探针释放Cas12a激活子),一级识别撬动二级反式切割,只放大信号、不放大靶标。代价是组分与级数越多、每一级效率都会成为瓶颈,多酶共存的缓冲体系与温度也难以同时最优化。

③ 自催化反馈回路

让Cas的切割产物反过来再激活更多Cas(BNA开关、RTLC正反馈回路),把一次识别放大成指数级信号,无需预扩增即可检出RNA。代价是正反馈对背景「泄漏」极敏感 —— 没有靶标时的自发切割同样会被环路放大,容易抬高本底、甚至造成假阳性。

④ 微反应体系

把反应分散到微滴 / 微腔,单分子在局部浓度下被检出(dSHERLOCK、数字CRISPR),实现免标准曲线的绝对定量。代价是依赖专用液滴 / 微流控设备,且分区数与判读阈值直接决定精度与动态范围。

⑤ 电化学增敏

CRISPR-Chip用石墨烯场效应晶体管(FET)直接读dCas9结合靶标引起的电学变化,不扩增、不标记。代价是器件制备复杂、批间一致性差,界面环境(离子强度、非特异吸附)都会写进背景。

📌 关键工作与深入阅读

  • Fozouni等,Cell,2021:Cas13直接检测鼻咽拭子SARS-CoV-2 RNA,免扩增、约30 min。
  • RTLC(ACS Sensors,2026-08):逆转录酶 + LNA探针与Cas12a组成正反馈回路,无需预扩增即检出RNA(PMID 42603302)。
  • 正交Cas13a/Cas12a级联(Talanta,2026):双功能桥探针Conv HP-3兼作Cas13a底物与Cas12a激活子,把两级酶串成级联,免扩增、免反转录,60 min内定量miRNA-21至0.66 pM(PMID 42600477,2026-10-06收录)。
  • 限制酶「一变多」免扩增(Biosensors & Bioelectronics,2026):限制性内切酶先切基因组、暴露的黏性末端直接激活Cas12a,PAM无关且免扩增,食品菌检出限13.38 / 18.67 CFU/mL(PMID 42155939)。
  • SCAN(Anal Chem,2026):利用FnCas12a与全硫代磷酸酯(PS)修饰ssDNA激活子的兼容性,把ssDNA介导子设计成「两端全PS修饰激活域 + 中间未修饰可切割间隔区」,完整态因位阻无活性、靶标切割后释放分段激活子触发自增殖放大网络;免扩增检出限ssDNA 889 aM / dsDNA 341 aM,实际样本中沙门氏菌30 CFU/mL、大肠杆菌20 CFU/mL(PMID 42689566,2026-10-07收录)
  • SPACE(Anal Chim Acta,2026):双功能Smart Adapter在完整态是动力学陷阱分子笼,把Cas12a激活子隔离以压低背景;靶标结合引发近邻驱动变构解锁分子笼,释放的激活子作为催化种子触发剩余Adapter级联去稳定化,从而把Cas12a的线性反式切割变成指数放大。免扩增检出限BCR/ABL p210融合基因500 aM,并可在临床样本中区分p210次要亚型(PMID 42838679,2026-10-08收录)
  • 温控一管RPA-Cas3(Anal Chim Acta,2026):用来自T. siculi的I-A型TsiCas3——它在65 ℃ 具反式切割活性,而该温度恰好完全抑制RPA聚合酶活性——先37 ℃ 扩增20 min再升温至65 ℃,一步升温同时灭活聚合酶与激活Cas3,全程不开盖不加样;此外Cas3近乎完全降解RPA扩增产物,显著降低气溶胶残留风险。靶标为华支睾吸虫(PMID 42838688,2026-10-08收录)
  • BIOSAC(Adv Mater,2026):超疏水涂层 + V型几何限域让样品在容器内自发形成稳定的气封液滴,充当内置液体透镜改变激发光传播与信号收集,无需任何外加光学元件;实测最大信号增强荧光40.3倍、SERS 56.4倍、UV-vis吸收8.6倍。与免扩增CRISPR/Cas13a联用后,用普通酶标仪30 min内检出SARS-CoV-2 RNA 78 copies/μL(PMID 42723200,2026-10-09收录)
  • 免靶扩增Cas13a + 数字微流控(Biosens Bioelectron,2026):Cas13a识别后释放启动子、重建模板、转录驱动Cas13a再激活,构成只放大信号不放大靶标的内部分子循环;电润湿数字微流控自动完成液滴生成、反应组装、恒温孵育、磁分离与荧光读出。4个脓毒症相关miRNA加内参均在attomolar水平检出,252例临床样本建模测试集AUC 0.973(PMID 42843103,2026-10-09收录)
  • SACA(Nucleic Acids Research,2026;54(5):gkag187):硫代磷酸酯(PS)修饰的激活子通过疏水锚定调控Cas酶构象——全PS修饰会把Cas锁定在闭合非活性态,「散点」修饰则恢复活性并同时获得抗反式切割能力;据此设计的线性Coordinator探针把「Cas激活」与「底物反式切割抗性」解耦,构建出 SACA 体系,无需任何外部酶即实现指数放大,Cas12a与Cas13a灵敏度分别提升 50 000倍与 10 000倍,并用于宫颈癌细胞HPV16 / HPV18 mRNA原位成像。注意:提升倍数是相对各自未改造体系而言,不是绝对检出限,与本站其他体系的copies/μL或aM数值不可直接比较(PMID 41773018,2026-10-10收录)
  • DCTP双扣过渡探针 + Pt单原子纳米酶(ACS Sensors,2026-10-02):双扣过渡探针被Cas12a切开后激活更多Cas12a RNP,构成正反馈级联,因此不需要核酸预扩增;读出端用Pt单原子修饰的PdCeB纳米酶,在luminol/O₂ 体系中把溶解氧就地转为活性氧,产生不需外加共反应试剂的电化学发光。以血清HER2为蛋白靶标:切割时间由33 min缩短到18 min,线性范围10⁻³–10⁴ ng/mL,检出限0.513 pg/mL;31份临床血清样本属初步可行性验证,作者要求更大规模独立队列验证(PMID 42825812,DOI 10.1021/acssensors.6c02981,本站更新于2026-10-14)
  • CRISPR-Chip(Nat Biomed Eng,2019):石墨烯FET免扩增检测未扩增靶基因。
  • 2026-10:Nano Convergence报道MNB–ssRNA–HRP/Au/MoS2免扩增比色体系——把HRP/Au/MoS2纳米杂化催化剂用一端生物素化的ssRNA连接子挂在链霉亲和素磁珠上,靶miR-155激活Cas13a后切裂ssRNA、催化剂释放进上清,磁分离后催化TMB显色;线性范围1 fM–1 nM,LOD 0.82 fM,单核苷酸特异性,全程无核酸扩增(PMID 42814153,全文经PMC13627550核实;临床为乳腺癌6例与健康供者6例血浆外泌体miR-155的探索性队列,样本量小)(本站更新于2026-10-16)
  • 2026-10:Biosensors and Bioelectronics报道 DACAR——用一条单链DNA阻断链先占住crRNA的spacer把Cas13a锁住,靶标经toehold介导链置换把阻断链挤走后才激活,于是Cas13a的激活有了两个可调旋钮:调toehold长度与方向得到切割速率梯度,调toehold交换的自由能实现ON/OFF门控。单核苷酸变异分型的分辨因子达 162.4,对 KRAS G12D 的突变丰度检出限 0.05%;Switch-DACAR还能在单管内顺序检测miR-155与miR-21,检出限 10 pM,全程无需预扩增(PMID 42887285)。该文未见PMC全文开放,阻断链与toehold序列、反应配比均未核实;属方法学框架验证,摘要未报告临床队列与诊断灵敏度/特异性(本站更新于2026-10-18)
  • 2026-10:Analytica Chimica Acta报道一套免纯化一管RT-RPA-CRISPR/Cas13a流程——用80 ℃ 热裂解7 min直接从粗肛拭子与粪便释放猪流行性腹泻病毒(PEDV)RNA,随后逆转录、RPA、T7体外转录与Cas13a反式切割全部限制在同一支密闭管内,既取消开管转移、也取消柱纯化,35 min出结果,分析灵敏度10¹ copies/μL。真正的增量是把抗抑制做成了可量化指标:本流程把基质抑制率压到肛拭子7.16%、粪便11.89%,而RT-qPCR在同一批真实基质上分别为63.65%与69.39%(P < 0.01);297份临床标本双盲评价中与国家参考标准一致率98.65%(Cohen's κ = 0.941)。κ = 0.941是整体一致性指标、受阳性占比影响,不可拆成灵敏度或特异度引用;4份「额外检出」的低滴度感染未见独立复核(PMID 42763168;本站更新于2026-10-19)

06非核酸检测:把反式切割当「信号放大器」

只要能把「靶标特异识别」转化为「激活Cas反式切割活性」,就能检测小分子、蛋白、金属离子、细菌、病毒等;该方法的优势:便捷、高敏、不怕气溶胶污染。

① Activator转换

用适配体(Aptamer)、抗体、变构转录因子(aTF)、蛋白酶底物等把靶标事件转换成「游离DNA activator」,再激活Cas12。
代谢小分子抗原/抗体蛋白酶金属离子

② gRNA调控

靶标(ligand、抗体、小分子)直接调控gRNA构象或生成(crRNA转录、MAIGRET、split-T7开关),决定Cas是否被激活。
ligand抗体Target RNA

③ ac-Cas可逆修饰

源于anti-anti-CRISPR:噬菌体AcrVA5乙酰化关闭Cas12a,宿主CobB去乙酰化重新激活(「魔高一尺,道高一丈」)。应用于NAD⁺ 等代谢物检测。
NAD⁺乙酰化

④ Split-Cas二聚化

把Cas12a拆成两段,靶标分子诱导重新二聚化 → 恢复活性。将Split-Cas耦联不同靶标的识别domain(包括抗体等),就可以实现不同靶标的检测,因此该策略通用性相对比较强。
Rapamycin

💊 NNA-HOLMES:血中Rapamycin快检

化学诱导邻近效应驱动split Cas12a二聚化:Rapamycin同时结合FKBP与FRB,把split Cas12a两段拉到一起,恢复反式切割 → 荧光信号。血液样本直接稀释后检测,性能对标Roche商业化方案(Science Bulletin, 2026)。已扩展至植物激素ABA、细菌第二信使c-di-GMP,可从头设计结合domain或耦联配对抗体,具备平台化通用潜力。

🐱 CaT-Smelor:非核酸靶标定量

变构转录因子(aTF)锁定一段dsDNA,靶标小分子使其构象变化后释放dsDNA → 激活Cas12a。要点:特异性来自aTF,Cas12a只负责信号放大;可实现线性定量;约0.3美元/测试;37°C、无核酸扩增。瓶颈是aTF的结合力与线性范围。

07应用场景

CRISPR诊断技术的愿景是将分子诊断的应用从中心实验室推到基层诊所,再到家庭客厅,目标是随时、随地、任何人……

🧫 病原诊断

病毒(新冠、猴痘、寨卡、埃博拉、登革、HSV-2、流感/RSV/MP联检)、细菌(结核Mtb —— TB-QUICK、CRISPR-TB、MRSA全血直检)、真菌(耳念珠菌dSHERLOCK)、寄生虫。临床验证:EBioMedicine 2020(PCR+CRISPR)、J Infection 2021(Mtb)、Lancet Microbe 2022(cfDNA)。

🧬 肿瘤与遗传

SNP/点突变分型(HOLMES单碱基区分、TP53)、ctDNA/cfDNA高灵敏检测、DNA甲基化(meHOLMES / psHOLMES / E-PfRPA:Cas)、miRNA免扩增直检、circRNA标志物、耐药基因与药物基因组。

🌾 食品 / 环境 / 农业

食源性致病菌(单增李斯特菌电化学传感、副溶血弧菌)、黄曲霉毒素B1、转基因成分、植物病原(葡萄红blotch病毒裸眼检测)、动物疫病(非洲猪瘟)、UV损伤DNA传感。

🏠 居家自测 / POCT

CRISPR让分子自测成为可能:恒温反应、试纸条或小仪器读数、<20 min、约 ¥10–20/次、使用与环境安全。产品画像:安全、简单、便捷、便宜、精准。国内进展:亚辉龙微流控分子POCT专利(纯机械拨钮免电源、LAMP、30 min、颜色判读);奥然生物结核一管双检分子POCT。

💊 非核酸监测

免疫抑制剂血药浓度(Rapamycin)、NAD⁺ 等代谢物、ATP活细胞成像、细胞外囊泡蛋白与外泌体、重金属离子(Pb²⁺)。

🧪 科研工具

CRISPR-Cas9编辑突变体筛选、Cas12a RNP定量、circular RNA功能筛选(Cas13)、CRISPR辅助细菌重组工程。

08标准化与合规:把「能做」变成「可验收」,能实验室「做得好」变成临床「用得好」!

体系在实验室跑通,不等于它能被验收、被复现、被批准上市。这一节盯住三个卡住CRISPR诊断技术产业化的关键点:酶活性怎么计量、灵敏度怎么报、监管按哪条路径走?

① 酶活性说不清

Cas蛋白长期按质量浓度(ng/μL)或摩尔浓度标注。物理浓度不反映生物学活性——标称同样 μg或摩尔数的两管酶,实际活力可能差一个数量级。结果是不同厂家、或同一厂家不同批次的Cas蛋白无法在同一基准上比较,方法学转移、体系转换与产品量产时都容易反复出现问题。

② 灵敏度报法不统一

同一领域里同时流通aM、copy/μL、CFU/mL、TCID₅₀ 几种写法;不少所谓「LOD」其实是单次梯度里看得见的最低那一管——既没有重复数,也没有检出率,本质是运气。

③ 监管没有专项文件

截至目前,NMPA器审中心没有针对「CRISPR核酸检测试剂」的注册审查指导原则。产品只能套通用体外诊断试剂要求,再叠加具体病原体的专项指导原则执行。

📏 酶活性的「度量衡」:GB/T 47334—2026

2026-07-01起实施的国家标准 GB/T 47334—2026《蛋白检测CRISPR Cas12a蛋白反式切割活性检测方法》(国家市场监督管理总局与国家标准化管理委员会联合发布,深圳市第二人民医院牵头编制,参与起草单位含无锡吐露港生物等共11家),第一次把Cas酶的活性写成了一个可复算的酶活单位 transU:

1 transU = 37 ℃、20 μL反应体系下,每分钟催化切割 1 pmol 单链DNA荧光报告探针所需的Cas12a蛋白量。
换算关系:1 IU = 10⁶ transU。注意是 pmol,不是 μmol——两者差10⁶ 倍,恰好就是这个换算比。

项目标准规定对使用者的含义
活性单位transU(定义见上)、1 IU = 10⁶ transU采购与SOP报活力值,不要只报ng
检测原理crRNA引导Cas12a与靶标双链DNA形成三元复合体,激活反式切割,切碎两端带FAM/BHQ1的ssDNA报告探针后荧光恢复与诊断体系的读数原理同源,方法可直接借用
仪器条件荧光定量PCR仪FAM通道,37 ℃±1 ℃ 恒温30 min,每15 s采点普通qPCR仪即可,不需要专用设备
标准曲线报告探针设8个浓度梯度,分别做「含靶标(切割)」与「无靶标(未切割)」反应,每组3重复必须同时做本底组,否则算不出初速度
样品测定Cas12a蛋白稀释6个浓度梯度,反应总体积20 μL初速度 → 标准曲线 → 活性单位
关键试剂活性检测缓冲液(10×)、退火缓冲液(10×)、Cas12a蛋白溶液、cRNA溶液、靶标双链DNA溶液、单链DNA荧光报告探针要与标称活性对标,缓冲液必须照抄
缓冲液组成亚精胺、三羟甲基氨基甲烷、氯化镁、二硫苏糖醇、甘氨酸、聚乙二醇20000、Triton X-100;25 ℃ 时pH调至8.50自配体系想对上标称值,这是基准条件
用水符合GB/T 6682一级水—


证据边界:上表依据该标准的公开摘要与行业媒体报道整理,未逐字比对正式标准文本。缓冲液配方细节、标准曲线梯度取值、数据处理公式与完整起草单位名单,请以现行有效标准文本为准。标准查询入口:全国标准信息公共服务平台(openstd.samr.gov.cn)。

📐 灵敏度怎么报:LoB / LoD / LoQ三件套

国际通行的依据是 CLSI EP17-A2(三个限值的估计与验证)与 ISO 20395:2019(核酸定量方法性能评价,覆盖qPCR与dPCR)。三个量的顺序固定、含义不同,混用是文献里最常见的一类硬伤:

指标回答什么问题怎么估
LoB
空白限
不含分析物的样本,反复测出来最高能有多高?参数法:空白均值 + 1.645×SD(单侧95%);非参数法:空白读数的第95百分位
LoD
检出限
低到什么浓度还能与空白可靠区分(是/否)?经典法:LoB + 低值样本SD的倍数;稀释系列用 Probit回归,取95% 检出概率处的浓度
LoQ
定量限
低到什么浓度还能定量到规定精密度?精密度剖面法:读CV达到预设目标(如 ≤20%)处的浓度

顺序恒为 LoB ≤ LoD ≤ LoQ。几条实操要求:

  • 重复数:ISO 20395:2019要求每个浓度至少10个重复(另加1个以应对技术失败);CLSI EP17-A2建议验证时 ≥20个重复、建立LoB/LoD时 ≥60个。
  • 表述方式:ISO 20395把LOD明确表述为「检出概率」,按阳性/阴性二值建模,而不是取「看得见的最低那一管」。
  • 物理下限:按泊松分布,检出率要做到 ≥95%,反应体系里平均需要约3个靶标拷贝。报出的LoD若低于这条极限,先怀疑拟合方法,而不是灵敏度。
  • 常见错误:把LoB当LoD报(LoB永远最小,最好看);混淆LoD与LoQ;报LoQ却不写精密度目标;开口就用「sensitivity」而不限定——在诊断语境里它是真阳性率,与分析灵敏度不是一回事。

CRISPR特有的坑:文献里aM级的LoD大多是在「纯化靶标 + 优化缓冲液」条件下取得的,不能直接外推到临床样本——前处理损失与抑制物会把有效灵敏度拉低若干个数量级;一锅法体系的LoD同时受扩增效率与Cas活性限制,换批酶必须重测。方法与统计学细节见 LoD是怎么定出来的,临界值如何与临床一致性挂钩见 cut-off与临床一致性。

证据边界:以上是CLSI/ISO公开框架的要点归纳,不构成规范性文件。注册申报应以监管机构当期发布版本的具体条款为准,不同版本对重复数与置信水平的推荐并不完全一致。

🏛 监管:CRISPR没有专项指导原则,四条线要分清

① 临床诊断:三类证,走完整注册。面向病原体或临床决策的CRISPR核酸试剂属于第三类体外诊断试剂,必须完成注册检验与临床试验。国内已获批的代表:杭州众测2019-nCoV核酸检测试剂盒(CRISPR免疫层析法)国械注准20203400919,2020-12获批,路线为RAA恒温扩增 + CRISPR酶切 + 免疫层析读出;上海伯杰2019-nCoV核酸检测试剂盒(恒温CRISPR法)2021-09-13获批。注册证号在公开渠道存在多种写法,以NMPA医疗器械数据库查询结果为准。详见 监管现状:搞清楚「获批」到底批的是什么。

② 可依据的通用要求。YY/T 1789-2021《体外诊断试剂分析性能评估通用要求》首次把测量不确定度纳入评估体系;NMPA 2021年第122号公告规定注册申报资料要求与批准证明文件格式;稳定性研究可参照 YY/T 1579-2018。

③ 病原体专项:按靶标各走各的。没有CRISPR专项文件,但每个病原体可能有自己的审评要求。以 CMDE 2025年第17号《基孔肯雅病毒核酸检测试剂注册审查指导原则(试行)》(2025-08-28施行)为例:三类产品,检出限须用 Probit等统计模型确定,有国家灵敏度参考品时须与之比对;精密度须覆盖至少20天;临床评价不少于 3家具备资质的机构,阳性/阴性符合率不低于 90%。做哪个靶标,就先把那个靶标的指导原则与审评要点找齐。CMDE在2025年12月密集发布多批IVD注册审查指导原则(2025年第27/28/29号通告,覆盖电解质、胱抑素C、HLA-B*27、PD-L1、结直肠癌甲基化、药物基因组等)。

④ 非核酸产品:类别还没定论。把反式切割当信号放大器去测蛋白、代谢物、金属离子时,产品归几类证目前没有定论——业界沙龙讨论过,但不构成监管答复,必须回到NMPA分类目录与器审中心的正式答复。见 非核酸CRISPR产品该归几类证。国际侧口径不同:疫情期间一批CRISPR检测走FDA EUA 通道上市,公卫紧急状态结束后这批授权即失效,常规路径(PMA/510(k)/De Novo)门槛完全不同;欧盟走 IVDR;WHO在PHEIC期间另有 EUL 紧急使用通道。国别与地区之间不可互相替代。

证据边界:监管文件的发布与实施状态变化很快。引用前请到CMDE官网「审评科学 → 指导原则 → 产品类别 → 体外诊断试剂」核对现行有效版本;已获批产品的注册证号以NMPA数据库为准。本站不提供法律或注册合规意见。

🧪 质控与标准品:先把「体系有没有坏」分开

标准化落到每一次实验,就是两件事:用有证标准品/阳性对照证明体系是好的,用阴性对照证明没有污染。缺任何一头,阴性结果都无法解释——「没有靶标」与「体系失效」在读数上完全一样。本站原料试剂节列出的TOLO QC target dsDNA加crRNA/sgRNA组合,就是干这个用的。

排障顺序:阳性对照不亮 → 先查Cas活性与crRNA序列,再查缓冲液;阴性对照也亮 → 报告子降解或非特异,换新批次或降低Cas用量;标准品亮而真实样本不亮 → 抑制物与前处理问题,不是灵敏度问题;重复性差 → 加样体积、混匀与控温,先做技术重复再看生物学重复。

换批/换厂家的标准动作:按transU活力单位等比换算投量 → 重跑一次LoD确认 → 才进正式实验。跳过第二步,就是「同一体系换批就翻车」最常见的成因。

延伸卡片:内标与质控 · 失败排查清单 · 故障排查总表 · 国内企业与方向详表

09产业转化:从实验室到临床

里程碑、专利格局、冷思考与待解难题。

🏭 注册与产品里程碑

  • 2017–2020:Sherlock Biosciences获全球首张CRISPR诊断证
  • 2020:Sherlock Bio、Mammoth Biosciences分别获FDA新冠EUA
  • 国内:杭州众测(RAA + Cas13 + LFA)、上海伯杰(RPA + Cas12a荧光法,获ToloBio专利授权)获批;为真生物CRISPR免疫层析法新冠自测产品通过注册检(2022-09)

  • 2026-09:VedaBio选定UCP Merchant Medicine(服务78家医疗集团、300家以上紧急护理中心)为其免靶标扩增(target amplification-free)CRISPR分子诊断平台做上市前渠道铺垫,自述目标为10分钟内出结果、操作复杂度接近现有抗原检测。该平台仍待FDA clearance,尚未上市;以上均为公司自述目标与预期,请回溯BusinessWire原文(2026-09-01)与公司公告核实(本站更新于2026-10-03)
  • 2026-09:美国IntelliGenome的CRISPR-TB血液检测获秘鲁DIGEMID注册批准,可商业化分销,并任命SIMED S.A. 为秘鲁、厄瓜多尔独家经销商。该产品检测血浆中结核分枝杆菌游离DNA(cfDNA),走非痰液路线。CRISPR-Dx里「拿到国家注册」的例子仍远少于「拿到紧急授权」。本条依据企业新闻稿(PRNewswire 2026-09-08),批件编号、获批范围与性能数据请回溯一手监管来源核实(本站更新于2026-10-04)
  • 2026-10:荷兰Scope Biosciences与德国AmplexDiagnostics合作的 eazySNP C. auris FKS1 S639 取得欧盟IVDR的CE标志,检测耳念珠菌FKS1 S639突变(关联棘白菌素类抗真菌药耐药),从酵母菌落起始、在eazyMini仪器上约45 min出结果;技术底座为等温DNA扩增 + CRISPR Ⅲ 型检测,卖点是分辨单核苷酸差异。本条依据公司新闻稿(2026-10-06)与GenomeWeb同日报道,批件编号与性能数据请回溯一手监管来源核实(本站更新于2026-10-07)
  • 2026-10:Science Advances发表 BADLOCK(Bacterial and AMR Detection by SHERLOCK)——一锅CRISPR-Cas13a反应,直接从阳性血培养中检出 9种革兰氏阴性杆菌 + 4种主要耐药基因,整套流程只需热块与基础荧光计。验证规模为194例连续收集的临床血培养标本加69例mock样本、共 2224个反应,反应级准确率 97.6%;assay级与金标准完全或部分一致 89.5%(274/306),其中完全一致255例。据作者称这是CRISPR-Cas13a诊断平台首次在临床血流感染上完成评估。注意:两个准确率口径不同(前者分母是反应数、后者含「部分一致」),且入组对象限于已生长革兰氏阴性杆菌的阳性血培养(PMID 42826192,DOI 10.1126/sciadv.aeb6630,本站更新于2026-10-10)
  • 2026-10:Biosensors and Bioelectronics发表 mosaic switch —— 作者发现 λ 核酸外切酶消化dsDNA的过程中,会在底物完全降解为ssDNA 之前先生成一类结构介于ssDNA与dsDNA之间的 mosaic DNA,它能不依赖PAM激活Cas12a;据此做成固-液相变触发的开关,试剂冻干并以石蜡封装后可与RPA 一步一锅整合。对任意dsDNA的灵敏度与含PAM的dsDNA相当,并保留单核苷酸分辨能力;58份免提取猴痘临床样本与定量PCR完全一致(100%)。摘要未报告检出限数值,也未报告独立验证队列(PMID 42696818,DOI 10.1016/j.bios.2026.119177,本站更新于2026-10-14)
  • 行业整合:Proof Diagnostics被Ginkgo收购、Sherlock Bio被OraSure收购(技术成熟曲线的正常洗牌)

⚖️ 底层专利格局

吐露港生物(ToloBio)持有Cas12诊断方法学底层专利(HOLMES,全球20+ 国家/地区);Sherlock Biosciences持有Cas13专利(SHERLOCK)。双方自2020-12起签署全球交叉授权:

  • 据公开报道,吐露港将Cas12专利在美国授权给张锋团队(排他性安排)
  • 据公开报道,Sherlock将Cas13专利在大中华区授权给吐露港(排他性安排)
  • 双方在美、大中华区以外市场共享共同排他权利

结论:CRISPR诊断领域不存在被外国专利「卡脖子」的问题,中国从一开始就站在制高点。ToloBio的HOLMES专利曾获上海市首届高价值专利运营大赛最高奖和第二十届上海知识产权国际论坛暨2023中知路长三角高价值专利运营大赛金奖。

🏢 主要玩家与监管现状(关键事实要分清)

公司信息多来自二手报道,投资金额、轮次与时间点务必回溯官方公告 / SEC文件 / NMPA数据库;本站只做方向性整理。

主体核心平台要点与提醒
吐露港生物ToloBio
上海 / 无锡 · tolobio.com
HOLMES® / HOLMESv2Cas12反式切割活性的首次发现方之一;官网披露持有中国发明专利ZL201710573752.0、ZL201810560284.8,2019/2020与Sherlock就Cas12/Cas13达成中美市场交叉授权,2022-11扩展为全球交叉授权。业务覆盖原料(Cas蛋白 / 探针 / gRNA转录试剂盒 / 试纸条)+ 试剂盒 + POCT,2026年起Cas蛋白按transU活力单位标注。
Sherlock Biosciences
美国 · 已并入OraSure
SHERLOCK(Cas13)/ INSPECTR2020-05获FDA EUA(全球首张CRISPR诊断证,紧急授权而非常规上市许可);2024年被OraSure收购,此后有基于该平台的自检产品获批消息。EUA与PMA/510(k) 是两条完全不同的通道。
Mammoth Biosciences
美国 · 加州大学许可
DETECTR / 超紧凑核酸酶2020-08获FDA EUA(DETECTR BOOST);公开报道称战略重心向体内基因编辑倾斜,诊断次之。
IntelliGenome
美国休斯顿 · 2022成立
CRISPR-TB血液检测(cfDNA)技术源自Tulane大学Tony Hu (清华大学胡晔教授)团队。2024年底获FDA 突破性设备认定(2025-01公告),2026-09获秘鲁DIGEMID注册。注意:突破性认定 ≠ 批准上市,目前以CLIA实验室自建检测提供。公司获得了吐露港公司CRISPR专利授权。
SignalChem Diagnostics
加拿大 · SignalChem Lifesciences子公司
IVD原料全线多款基于CRISPR恒温一管法技术的宠物病原体核酸检测试剂盒和植物病原体检测试剂盒;吐露港官网合作伙伴,并获得了吐露港公司CRISPR专利授权。
VedaBio
美国
免靶标扩增CRISPR平台2026-09选定UCP Merchant Medicine(78家医疗集团、300+ 紧急护理中心)做上市前渠道铺垫,自述目标10分钟出结果。平台仍待FDA clearance,尚未上市,以上为该公司自述。
Orange Biotech
中国香港 · 2022成立
DetectChip(微流控 + CRISPR)港科大背景,主打居家核酸检测(呼吸道 / 性传播感染 / HPV);自称持有4项美国专利,与多伦多大学Pardee团队合作发表PAM-free的RAPID平台(2025预印本),与乐普医疗、Thunderbio有合作。
源景泰科
中国北京
POCT / 免疫层析与分子试剂IVD试剂企业,吐露港官网列名的合作伙伴之一;做胶体金免疫层析与分子POCT产品开发。公司获得了吐露港公司CRISPR专利授权。
CRISPRBits
印度 · crisprbits.com
PathCrisp®(Cas9 / Cas系列)从未培养微生物宏基因组里挖新型CRISPR效应蛋白,再把诊断做成适合资源受限地区的产品形态;PathCrisp® 已用于NDM耐药菌早期检出,相关同行评议论文见本条卡片。这是本站当前唯一核到同行评议实证的印度本土CRISPR诊断厂商。
  • FDA:疫情期间一批CRISPR检测走EUA通道上市,公卫紧急状态结束后这批EUA失效;常规路径(PMA / 510(k) / De Novo)门槛完全不同。
  • NMPA:是否已有基于CRISPR反式切割原理的三类证,请以NMPA医疗器械数据库查询结果为准。
  • CE:研究与临床合作活跃,里程碑级上市产品有限。
  • 结论:当前更准确的说法是「技术成熟度高、监管兑现度低」,工程化重点是补齐临床大队列验证与质量体系。

🧊 冷思考:从「技术惊艳」到「产品可靠」还有多远

公众号「诊断科学」(2026-03)对《柳叶刀-微生物》CRISPR-STI床旁研究的点评,是中文圈最犀利的产业视角:

  • 该研究:900例样本、50 min、四联检 + gyrA S91F耐药突变,双靶点防「诊断逃逸」,Cas12a/Cas13a双酶通吃DNA/RNA。
  • 硬伤一:灵敏度随载量崩塌 —— 高载量 >93%,低载量 <30%,耐药突变仅13.6%。
  • 硬伤二:全部数据建立在实验室已提取好的DNA上,现场样本前处理仍是「工程学黑洞」。
  • 另一篇指出CRISPR-POCT的内在矛盾:高特异性依赖多酶多步的精密控制,而POCT要求极简;对照GeneXpert / FilmArray / ID Now已完成一体化打磨,CRISPR商业化仍处早期。出路=微流控(自动化工厂)+ 等温扩增(信号放大器)+ CRISPR(质检员)。
  • 市场侧:2024年中国分子POCT 128亿元、2025年148亿元、CAGR 65%,但仅占POCT总盘约5%;与此同时集采压价剧烈 ——「热的是技术,冷的是价格」。
  • 政策侧:2026-09《医药工业发展"十五五"规划》点名支持「POCT与CRISPR多病原联检」「CRISPR介导的高特异性核酸检测」与基层用一体化分子POCT。

🧗 领域待解的技术难题

  • 一管法 / 一锅法 / 一步法的持续完善
  • 一管多重检测的建立(multiplexed扩增仍是难点)
  • 免扩增直检的建立与完善
  • 精准定量(qCRISPR能否达到qPCR水平?)
  • PAM / PFS-free —— 实现任意位点检测
  • 适配CRISPR的POCT设备平台
  • 样本前处理(从「实验室提取」到「样本进-结果出」)
  • Cas酶活力与reporter探针的标准化
  • 2026-10:Biosensors and Bioelectronics发表 TB-SCANER——用两条由RPA产物转录出的解锁单链RNA去解锁四套被锁定单链RNA封闭的Cas12a,形成「二对四」杂交逻辑:一条开M通道(mpb64基因)判断有无结核分枝杆菌,另一条带3个串联模块开R1/R2/R3通道(rpoB亚区)判读利福平耐药突变。基因组DNA检出限50 fg/反应(约10拷贝,mpb64)与500 fg/反应(约100拷贝,rpoB),覆盖7个rpoB位点;临床样本与Xpert在结核检测上100%一致,耐药谱与Sanger测序完全一致(PMID 42874256)。检出限为纯化基因组DNA输入下的数值,未计入标本提取损失;临床例数与置信区间未给出(本站更新于2026-10-16)
  • 2026-10:Analytica Chimica Acta发表 PPCTG——用带磷酸化引物的非对称RPA产出靶标来源单链DNA,再用一条通用夹板(universal splint)把它环化,从而让滚环扩增摆脱对每个靶标单独设计锁式探针(padlock probe)的依赖,并压低非特异连接带来的本底;环化模板驱动RCA产生长单链骨架,为Cas12a提供大量激活位点形成级联放大。金黄色葡萄球菌检出限 3.47 aM,并在粗痰液与呼出气冷凝液中完成免核酸提取检测,回收率 96.4%–105.5%(PMID 42887957)。免提取仅在这两种呼吸道基质上验证,不可外推到血液、尿液或食品基质(本站更新于2026-10-18)
  • 2026-10:Talanta报道一管CRISPR-Cas12a的两处工程化改造——用NPOM笼蔽crRNA在扩增阶段暂时压住Cas12a活性,扩增结束后以30 s短时紫外照射解笼触发反式切割,从而把一管法里「扩增与切割互相打架」的动力学冲突变成一个由操作者决定时机的开关;同时用ERA替代RPA,把单反应试剂成本从约6.0美元降到约2.0美元(降幅约66.7%),并建立无PEG的统一缓冲液让两步反应在密闭单管内高效整合。以HBV DNA为靶标,检出限1 copy/μL、全流程30 min、荧光与侧流双模式读出;79份血清中荧光灵敏度100%、侧流96.3%。临床数字出自79份HBV血清这一单病种小队列;成本为作者口径的试剂估算,随采购量与地区变动且不含耗材人工;现场部署需额外配备紫外光源(PMID 42557140;本站更新于2026-10-19)

10原料试剂:体系搭建的第一道供应链

搭体系的第一个现实问题不是设计,而是「酶从哪来、活力怎么算、crRNA谁来合成、探针配哪种」。这里聚焦两家本站核实过的供应商:吐露港生物ToloBio(国内,HOLMES平台发明方)与 NEB(美国,文献出镜率非常高的诊断用Cas12a)。具体型号、规格与价格以厂商官网为准(本站核对日期2026-10-04);本站非任何厂商的代理或官方渠道,不做价格与供货承诺。

① 吐露港生物ToloBio(tolobio.com)

HOLMES® 平台发明方,产品线覆盖「Cas蛋白 → 探针 → 缓冲液 → 稀释液 → 体外转录/gRNA合成服务 → QC靶标 → 冻干试剂 → 试纸条」全链路,是国内自建CRISPR诊断体系的一站式来源。官网(tolobio.com / en.tolobio.com)可查型号与说明书PDF。

类别产品(型号以官网为准)要点与提醒
Cas蛋白SpCas9、Sp-dCas9、AsCas12a、FnCas12a、LbCas12a、Lb5Cas12a、AacCas12b、LwaCas13a、AapCas12b、Un1Cas12f1 / Cas14a1规格100 pmol(-01)/ 1,000 pmol(-03),10 μM浓度(10 pmol/μL)。Cas12a三兄弟(As/Lb/Fn)配TTTV PAM;AapCas12b最适60 ℃,是LAMP一步法首选;LwaCas13a 走RNA靶标;Un1Cas12f1(Cas14a1) 是超小型核酸酶。2026年起按 transU活力单位标注——采购直接要活力值,别按ng称。
报告探针HOLMES-Fluo ssDNA reporter 1/2/3(5′ FAM)经序列优化、对Cas12a/12b/12f反式切割高度敏感的ssDNA荧光探针;试纸条则用FAM-Biotin双标记。Cas13系需另配ssRNA探针。
反应缓冲液10× HOLMES Buffer for Cas9 / Cas12a / Cas12b分酶配套;Cas12a、Cas12b、Cas9 各有对应缓冲液。做一管法时注意与扩增缓冲液的离子兼容性。
稀释液Cas9 / Cas12 / Cas13 Dilution Buffer分家族配套,换酶要换对应稀释液。
体外转录High-yield gRNA合成与纯化试剂盒:Cas9 sgRNA、Cas12a crRNA、Cas12b sgRNA、Cas13a crRNAcrRNA获取最便宜路线(体外转录);化学合成修饰多但贵。
QC靶标TOLO QC target dsDNA + sgRNA/crRNA:Cas9 / Cas12a / Cas12b / Cas12f / Cas13a阳性对照 / 质控标准品,建体系时先拿它验证酶活与探针。
冻干试剂LbCas12a Powder(无甘油冻干粉 / 冻干珠)可室温运输与储存,复溶后性能与液体剂型一致;做POCT冻干球/片的直接选型。
其他crRNA合成服务、CRISPR检测试纸条、恒温扩增(RAA/LAMP)配套crRNA合成 / 试纸条判读 / 上游扩增可一站式补齐。

② NEB(neb.com)

NEB 的 LbCas12a 也是CRISPR诊断体系比较常用的Cas12a蛋白。

类别产品(型号以官网为准)要点与提醒
Cas12aEnGen® Lba Cas12a (Cpf1)来自毛螺菌科ND2006,PAM TTTV,16–48 ℃ 有活性,切割位点PAM下游约18 nt留5′ 突出端。提供 1 µM 与 100 µM 两种浓度规格,具体包装与价格以官网为准。NEB无现成Cas13a诊断原料,LwaCas13a文献里多从ToloBio等购。
缓冲液NEBuffer™ r2.1Cas12a常用反应缓冲液;一管法需评估与扩增缓冲液兼容。
体外转录HiScribe® T7快速高产RNA合成试剂盒crRNA / sgRNA体外转录主力,配RNase抑制剂与NTP混合液。
  • 按活力买,不按质量买:换批次 / 换厂家一律按transU活力单位等比换算,再重跑一次LoD确认(详见知识卡片「Cas酶活力标准化」)。
  • 报告探针与酶要配套:Cas12a配ssDNA探针(试纸条用FAM-biotin,荧光用FAM-BHQ1),Cas13a配ssRNA探针——换酶必须换探针(见「报告探针 × Cas酶匹配矩阵」卡片)。
  • crRNA获取三条路:体外转录(吐露港转录试剂盒/HiScribe T7,最便宜、且不受长度限制)、化学合成(修饰多、稳定性好、相对较贵)、厂家定制服务。

11知识库:— 张知识卡片,按12类主题自由检索

本站的核心资产。每张卡片固定包含一句话结论 + 分层正文 + 出处 + 核验日期 + 证据边界。支持按分类、入门/进阶/专家三级深度、标签交叉筛选;标题、摘要、正文、来源全字段检索。点卡片看全文导读,每条都可复制链接:#card=卡片ID分享定位。

分类
深度
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没有匹配的卡片。试试更短的关键词,或把「深度」切回全部。

🔎 这套卡片怎么用,以及它的边界

怎么用:想系统学,按左侧分类从「基础原理」顺下去;要解决具体问题,直接在搜索框输入症状词(如「背景高」「气溶胶」);想知道某条信息的可靠性,看它的证据等级与证据边界。

四级深度的含义:「入门」是可以讲给非同行听的;「进阶」要求你懂分子生物学基本操作;「专家」涉及动力学、工艺参数与工程权衡,通常需要自己做过实验才有体感。

它的边界:每张卡片都标了来源与核验日期。凡涉及投资金额、融资金额、收购条款、注册证数量与专利范围的条目,卡片里都会明确写出「请回溯一手来源」——本站一概不做二手断言。标「未精读全文」的条目只描述方向与方法学定位,不含该文的实验数字,请以原文Abstract为准。视频类卡片标题与发布方均已通过官方接口核实。

12视频课堂:先看动画建立直觉

先看3支吐露港官方短片(HOLMES / HOLMESv2,英文旁白 + 中文字幕),再看4部科普动画逐片拆解(英文片无字幕,内容由画面 + 元数据 + 论文核对整理);建议先看完再看文字章节。官方短片已存入站内,其余标题均指向YouTube原片,完整片单见资料文库 →

🏭 吐露港官方短片(ToloBio 官网首页)

系列开场:HOLMES CRISPR-Dx

吐露港生物官方 · 英文旁白 + 中文字幕 · 官网首页 ↗

系列片头,以「Who developed the HOLMES CRISPR-Dx system?」起题,交代HOLMES平台的来源。

HOLMES:CRISPR-Dx系统原理

吐露港生物官方 · 英文旁白 + 中文字幕 · 官网首页 ↗

官方对HOLMES工作机理的动画讲解:Cas12识别靶标后如何通过反式切割把分子识别转成可读信号。

HOLMESv2:核酸检测平台

吐露港生物官方 · 英文旁白 + 中文字幕 · 官网首页 ↗

HOLMES的升级版:耐热Cas12b驱动的LAMP一步法体系,一管恒温,兼容DNA与RNA靶标,支持定量、SNP与甲基化检测。

📱 补充:吐露港B站官方号「CRISPR-Dx」(UID 1946047001)

上面3支来自吐露港官网首页;吐露港在B站另有一个官方账号,该账号总共只有4条投稿(粉丝120),其中两条就是HOLMES 与 HOLMESv2 的小动画(中文,无字幕轨道)。
为什么YouTube搜不到HOLMES:SHERLOCK / DETECTR 那批3D分子动画都是 Broad / MIT McGovern / IGI 自己出品的公关素材,HOLMES 作为吐露港自有平台的官方视频只发在B站 —— 检索时"HOLMES"又极易被识别成福尔摩斯,所以常规搜索基本挖不出来。

视频发布时长播放 / 互动讲什么
HOLMES检测原理解析 ↗
BV1vt4y1P7Gv
2022-09-2701:47777 播放 · 13 赞 · 17 收藏 HOLMES v1 小动画,官方简介原文:「ToloBio自主研发了基于CRISPR技术的"HOLMES"下一代分子诊断系统!今天,Tolo 007邀请大家一起来欣赏"HOLMES"原理解析的小动画!」标签含 Cas13 / Cas12 / 体外诊断 / 核酸检测
HOLMES v2 一管法原理解析视频 ↗
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2022-11-2202:18316 播放 · 10 投币 · 12 收藏 HOLMESv2 小动画:Cas12b + LAMP 的「一管法」——扩增与检测在同一根管子里完成,不做开盖转移,从根源上掐断气溶胶假阳性。对应本站「05.1 恒温一管法」一节最直观的可视材料
ToloBio《基于CRISPR的多重核酸检测》直播回放 ↗
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2022-09-201:58:072600 播放(本号最高) 不是动画,是两小时技术直播回放。多重检测(一管同时测多个靶标)是站里「05.2 一管多重」那一节的一手中文材料
想知道你吃的豆制品是否含转基因成分吗?↗
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2024-02-0602:55343 播放 应用落地条:转基因成分快检,对应「07 应用场景」里的食品 / 农业方向

⚠️ 这4条画面都是2D小动画 / 录屏,是否有CC字幕未确认(播放器里未看到CC入口),基本靠画面演示推进。建议先看完上面3支站内官方短片(有中英字幕)再点开,两分钟就能「对号入座」。

① Science explains: CRISPR diagnostics ↗

Science Magazine · 平面手绘2D · ▶ 播放 · · 22F85FOAyik

从「细菌免疫系统」切入:噬菌体注入DNA → 细菌把入侵序列存进CRISPR阵列 → 转录crRNA → Cas蛋白按序列剪切。片中穿插基因编辑片段(提到sickle-cell anemia突变的修复),随后转向诊断:把Cas的「剪切」换成「剪切报告分子」,信号即可被看见。适合作为全站第一支片子。

② SHERLOCK: A CRISPR Tool to Detect Disease ↗

McGovern Institute (MIT) · 3:20 · 3D分子动画 · ▶ 播放 · · ZOoUIlLmxf4

结构最清晰的一支,分两章:CRISPR technology overview → Applications and future。3D动画完整演示Cas13a识别RNA靶标后「顺手」切开周围报告RNA的过程(旁路切割),以及RPA预扩增、试纸条读数的流程。看懂这支片子 = 看懂SHERLOCK。

③ CRISPR-Based Diagnostic Tools · Whiteboard Lesson ↗

Innovative Genomics Institute (IGI) · 白板课 · ▶ 播放 · · e7SfWhfKf9s

只讲诊断一支,不谈基因编辑,术语密度最高。白板逐步推导DETECTR / SHERLOCK的工作流,并解释为什么「等温扩增 + CRISPR」能在1小时内出结果。适合看完动画后补原理细节。

④ Using CRISPR to Diagnose Disease ↗

ASM《Microbes Make Our World》· 2D卡通 · ▶ 播放 · · vhw7AeSc7vc

从微生物宿主视角讲CRISPR的「出身」,再过渡到诊断应用。时长短、节奏快,适合作为复习片或拿给非专业同事看。

🎬 动画镜头 ↔ 准确原理:别被简化误导

科普动画为了直观会做简化,下表列出常见「艺术加工」与真实机制的差别:

动画里的表现真实情况
Cas蛋白像「剪刀」精准剪一刀就走Cas12/Cas13完成cis切割后仍被激活,持续非特异切割周围探针(反式切割),这才是信号来源
一个靶标 → 一个信号一个靶标 → 切割成百上千个reporter探针 = 酶促信号放大
靶标一出现立刻出强信号天然Cas酶切割动力学偏慢,临床灵敏度通常仍需上游等温扩增(RPA/LAMP)
Cas12与Cas13长得、用得都一样Cas12认DNA、切ssDNA探针;Cas13认RNA、切ssRNA探针;Cas13路线还多一步T7体外转录
整管反应一气呵成扩增与CRISPR切割在动力学上互相干扰,一管法需要热控异步 / 蜡隔离 / 光控 / 序列工程等策略(见「恒温一管法」一节)
出结果 = 产品能用真实瓶颈是样本前处理、量产一致性、低载量灵敏度与监管验证(见「产业转化」的冷思考)

🇨🇳 扩展片单(B站中文)

  • 艾基生物 · Cas12/Cas13「反式剪切」检测神器 · 2:39:BV1mY4WzwEAf ↗
  • 潇杰XJ · SHERLOCK中文拆解 · 2:55:BV1ub4y1V7zQ ↗
  • 吐露港官方号 CRISPR-Dx(UID 1946047001,共4条):主页 ↗,主打HOLMES / HOLMESv2 原理小动画,详见上一张卡片
  • 以上BV号已于今日通过真实渲染页面逐条核实有效;也可直接 在B站搜索「CRISPR诊断」↗

⏱️ 25分钟观看顺序(推荐)

① Science explains(建立「细菌免疫系统」直觉,约5 min)→ ② SHERLOCK 3D动画(看懂反式切割与完整流程,约4 min)→ ③ IGI白板课(补术语与DETECTR,约10 min)→ ④ ASM卡通(复习,约3 min)。看完再回到「核心原理」章节,会发现文字里的每一步都能对上画面。

13设计原则、实验SOP和在线设计工具

把论文里的体系复现出来,90% 的麻烦不在Cas反应本身,而在前面的设计与前置处理。这一节只讲可执行的规则。

① 先定义「要解决什么」

目标人群 / 样本类型 / 参考方法 / 可接受的周转时间,决定后面所有取舍。没有参考方法就无从评价灵敏度与特异度——这是很多「超灵敏」工作无法落地的原因。

② 选Cas:按靶标与流程倒推

DNA靶标 → Cas12系列(有PAM约束);RNA靶标 → Cas13(扩增子需带T7启动子);无合适PAM或要做无PAM位点的SNP → Cas14(需变性步骤);要「一管法 + LAMP」→ 嗜热Cas12b。

③ crRNA设计硬规则

  • PAM优先级:TTTV > TTV > 非经典(非经典必须实测)
  • Cas12a spacer常用20–23 nt;短截crRNA(16–18 nt)可提升SNP分辨
  • 种子区(PAM近端8–10 nt)对所有共存序列错配 ≥ 2
  • 跨物种比对:≥17/23匹配判为高风险;种子区错配 ≥3可降级为准特异
  • 每个靶标配1–3条候选,实测择优

④ 扩增衔接

  • 等温优先:RPA/RAA 37–42 °C;LAMP 60–65 °C
  • 一管法优先选嗜热酶或与CRISPR温区错开的方案(热控异步 / 蜡隔离 / 序列工程)
  • PCR产物进入CRISPR前稀释(常见1:20–1:50),降低dNTP与引物干扰
  • 每孔只放一条crRNA,多孔分判读是多重的最简实现

⑤ 失败排查顺序

  1. 阳性对照不亮 → 先查Cas活性与crRNA序列,再查缓冲液
  2. 阴性对照也亮 → 报告子降解或非特异;换新批次 / 降低Cas量
  3. 标准品亮、真实样本不亮 → 抑制物与前处理问题,不是灵敏度问题
  4. 重复性差 → 加样体积、混匀与控温;先做技术重复再看生物学重复
  5. 临床对照不上参考方法 → 回到第一步,重设评价方案

🧰 在线工具(官方入口)

CHOPCHOP · CRISPOR · CRISPRdirect · cas13design · IDT · Benchling

注意:多数工具为基因编辑向设计,评分体系不可横向比较;用于诊断时把注意力从「切割效率」换成「识别特异性 + SNP分辨 + 无交叉反应」。

🛠 本站设计器(含方法学)

CRISPR Array ↗ —— 超多重 PCR + crRNA 一体化设计器,已内置「超多重引物+crRNA 一体化设计方法学」(四均衡 / 二聚体N²筛查 / SADDLE模拟退火 / PAM门控种子排他 / 371重实测教训)。

想先看方法学解读:超多重引物+crRNA一体化设计方法学 →

14公众号课堂:中文圈的CRISPR诊断内容地图

按「主线精读 + 产业视角 + 行业动态 + 原料企业」四类组织,均来自公众号一手内容。

📖 主线精读:公众号「CRISPR分子诊断」(微信号ID: CRISPR-Dx)

定位:面向科研人员与IVD研发人员的「论文拆解 + 工程/专利点评」,术语、参数与批判性意见密集,比大众科普专业得多。《CRISPR诊断经典系列》是该领域比较系统的中文连载之一,类似的优质公众号还有不少,建议多渠道交叉阅读;若您平时也关注到写得好的公众号,欢迎推荐给我们,一起把这份内容地图做得更全:

编号主题核心看点
1SHERLOCK(2021-09-01)RPA/RT-RPA → T7转录 → Cas13a;可达单分子;比Cas12多一步转录
2HOLMES(09-02)Cas12a RuvC反式切ssDNA,碎片2–4 nt;双crRNA辨SNP;DNA探针更便宜稳定
3DETECTR(09-03)Lb/Fn/AsCas12a有效;dsDNA激活需PAM、ssDNA不需;验证HPV16/18
4Cas14(09-06)作者观点:活力偏低,暂难替代Cas12a
5–7SHERLOCKv2 / HOLMESv2 / STOPCovid多重检测、one-pot防污染、新冠快检
8CARMEN(09-13)液滴融合、两色各10档编码100样本、169种病毒;代价是芯片与分区
11CRISPR-Chip(09-17)石墨烯FET免扩增直检,续篇SNP-Chip(09-22)
12–13CaT-Smelor / aptamer-CRISPR(09-23/24)非核酸靶标定量检测;aTF提供特异性、Cas12a负责放大;约0.3美元/测试
14–15AIOD-CRISPR / dWS-CRISPR(09-28/29)RPA-Cas12a一锅法;RT-DAMP与绝对定量
18–19ENHANCE / mCARMEN(2023-09-07/19)改造crRNA提升活性;微流控多重
21SHINE v1/v2(09-21/22)免提取 + 一管法 + 冻干,面向现场
22–24suboptimal PAM / PC-oligo / NPOM光激活光控一管法,据报道灵敏度可提升约50倍
17CRISPR-TB(2023-09-01)血液结核cfDNA检测
原理篇信号系统(2021-09-21)荧光淬灭 / 电化学 / 侧向层析三大信号系统及其工程痛点

注:系列第9、10、20篇未在公开索引中检出;该号内容亦被医业观察等IVD媒体转载。

🏛️ 产业视角(推荐关注)

  • 诊断科学(相关度 高):IVD注册与临床视角,最敢「泼冷水」。《CRISPR诊断热潮下的冷思考》(2026-03-23)、《CRISPR+,会是分子POCT的"终极形态"嘛?》(2026-03-02)。
  • 医业观察(高):IVD产业媒体,大量转载技术科普与注册动态,如《信号系统》转载、国内首个CRISPR新冠自测产品过注册检(2022-09-14)。
  • IVD网 / 小桔灯网 / 体外诊断网(中高):行业快讯与厂商供稿,如蜡隔板一管法(2026-09-30)、LAMP-CRISPR POCT开发(2023-04-11)。
  • 先进诊断NGDx(中高):分子诊断垂直媒体。

🏢 企业号与学术号

  • 吐露港官方服务号ToloBio:吐露港生物ToloBio官方服务号,HOLMES专利、原料与产业生态一手动态。
  • 官方号之外不再罗列非CRISPR诊断厂商号:恒温扩增 / 原料类企业号(如RPA、RAA、MIRA、ERA体系)请直接看恒温扩增技术图谱与原料试剂模块。
  • RSC英国皇家化学会:2026-03上线《Sensors & Diagnostics》「CRISPR诊断技术」专题合辑(客编:马龙、周小明、程新宽)。
  • 科研技术号:刘奕精准分子检测课题组(SCas12a)、遇见微流控、微流控信息网、NBM POCT、DNA纳米前沿、老和山下说IVD等,跟进一作团队的最新工作。

🗣️ 中文圈怎么讲这个话题

四种话语:① 科普拆解(CRISPR分子诊断 / 医业观察,讲信号系统与经典文献);② 产业冷思考(诊断科学,用顶刊数据倒推工程与注册风险);③ 行业快讯(小桔灯网 / IVD网,转一管法、蜡隔板、POCT新品);④ 公众号课堂与技术账号转述(科普号为主,原料类厂商号不计)。

共识:CRISPR是下一代分子诊断;等温扩增 + CRISPR是主流路线;单碱基分辨力是差异化优势;瓶颈已从assay灵敏度转向样本前处理、一管法整合与量产稳定性;微流控是公认解法。

分歧:灵敏度是否真的够(低载量坍塌);POCT能否真落地(企业宣称30 min自测vs产业号强调仍依赖实验室);专利生态是机会还是壁垒;免扩增路线能否绕开扩增尚无定论。

15术语表

点开卡片查看释义。

CRISPR / Cas蛋白
CRISPR是细菌基因组中的规律间隔短回文重复序列,是细菌的「免疫记忆」;Cas(CRISPR-associated)蛋白在crRNA向导下识别并切割外源核酸。诊断常用Cas9、Cas12、Cas13(及Cas14/Cas12f等)。
crRNA / sgRNA / 向导RNA
决定Cas蛋白「认谁」。crRNA是成熟形式;Cas9传统上需crRNA+tracrRNA(可融合为sgRNA);Cas12a只需单一crRNA。sgRNA活性直接影响检测灵敏度,改造crRNA骨架已成为提升一管法性能的常用手段(如ENHANCE、MS-CRISPR)。
PAM / PFS
PAM(Protospacer Adjacent Motif):靶标旁必须存在的短基序,Cas12a偏好5' T-rich PAM,Cas13的类似约束叫PFS(非G)。PAM/PFS限制了可检测位点,PAM-free(如PNA链侵入、分裂crRNA)是领域追求方向。
反式切割 / 旁路切割(trans / collateral cleavage)
CRISPR-Dx的信号引擎:Cas完成对靶标的cis切割后,被激活出「见谁切谁」的非特异切割活性,大量切割体系中的单链报告探针,把1个识别事件放大为海量信号。Cas12a的切割碎片仅2–4 nt。
Reporter探针(F–Q探针)
一端荧光基团(F,如FAM)、一端淬灭基团(Q)的短单链核酸。完整时无荧光,被切割后F与Q分离发光。试纸条常用FAM-Biotin标记。不同Cas蛋白对探针序列有偏好性,多重检测需筛选正交探针。
Signal-OFF vs Signal-ON
NASBACC等Cas9早期系统为Signal-OFF:识别靶标后切断信号通路 → 无颜色;Cas12/Cas13反式切割为Signal-ON:靶标存在 → 信号爆发,更直观。
一管法 / 一锅法 / 一步法
把「核酸扩增」和「CRISPR检测」放进同一根反应管,避免开盖转移带来的气溶胶污染。核心难题是扩增与切割的动力学冲突,解法有三类:变温调控(TRACE热控异步、POP-CRISPR变温激活)、物理隔离(蜡球/蜡隔板)、序列工程(改crRNA/改Cas)。
LFA(胶体金试纸条)
侧向流层析:CRISPR切割FAM-Biotin探针后金标抗体捕获FAM、C/T线显色。注意CRISPR试纸条 C线在前,与常规扩增产物判读方向相反;阴性可能出现「淡T线」,多联检与内控较难做。
SHERLOCK
Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing(张锋团队,Science 2017)。Cas13a + RPA + T7体外转录,是Cas13路线的旗舰平台;可冻干、可试纸条读数。
HOLMES / DETECTR
HOLMES:one-HOur Low-cost Multipurpose highly Efficient System(吐露港/王金团队,Cell Discovery 2018);DETECTR(Doudna团队,Science 2018)。原理一致:扩增 + Cas12a + ssDNA荧光探针。HOLMES于2017-07完成专利申请。
免扩增直检(amplification-free)
不预扩增直接检测低丰度靶标:分子工程改造Cas动力学、信号转导增强(自催化反馈回路 / BNA开关)、数字检测(微反应体系)等是核心路径。难点是天然Cas酶切割动力学偏慢、痕量靶标在均相体系中的扩散受限。
POC / POCT / nPOC-NAAT
POCT(Point-of-Care Testing)即时检验,在患者身边完成、无需中心实验室。WHO于2026-03新设nPOC-NAAT(near-patient核酸扩增检测)类别,用于评价可在基层、无实验室条件下使用的核酸快检产品。
Toehold switch
Toehold开关:设计好的锁扣式RNA,靶标RNA结合后展开并启动翻译/显色(如LacZ)。NASBACC用它摆脱对检测设备的依赖,实现裸眼读结果。
Split-Cas / 化学诱导邻近
把Cas蛋白拆成两段使其失活,通过靶标分子介导的二聚化(chemically induced proximity)重新组装激活 —— 非核酸检测最通用的策略之一(如NNA-HOLMES检测Rapamycin)。
aTF(变构转录因子)
Allosteric transcription factor:与小分子结合后构象改变,从而释放或结合特定dsDNA。在非核酸检测中负责提供特异性,Cas只负责信号放大(如CaT-Smelor)。
数字CRISPR(digital CRISPR)
把反应分散到成千上万个微反应单元(液滴/芯片腔室)中实现绝对定量,可显著提升灵敏度与抗干扰能力,代表工作如dSHERLOCK、PNA-CRISPR + 数字液滴。
DNA甲基化 / MSRE
在胞嘧啶第5位碳上加甲基(5mC)的表观修饰:不改碱基序列、却改基因表达,是肿瘤早筛最热门的一类标志物。CRISPR读序列、不认甲基化,因此必须先「翻译」:MSRE(甲基化敏感限制酶,如AciI)切开未甲基化的位点,被甲基化保护的位点保持完整双链、从而激活Cas12a——甲基化越高、信号越强;另有亚硫酸氢盐转化与抗体/MBD富集两条路。常用靶标:Septin9(结直肠癌)、mSEPT9(宫颈癌)。

16自测小测验

5道题检验学习成果,点选项即判分并显示解析;答完之后可点「复习关联知识」跳回对应卡片。

Q1. CRISPR-Dx的核心信号放大机制是什么?

✔ 靶标与crRNA互补结合后,Cas12/Cas13被激活出反式切割活性,大量切割周围的单链报告探针 —— 一个识别事件放大成海量信号(Cas12a切割碎片仅2–4 nt)。

Q2. Cas12a与Cas13的「正确搭配」是?

✔ 口诀:Cas12管DNA(切ssDNA reporter),Cas13管RNA(切ssRNA reporter)。Cas12a识别需5' T-rich PAM(dsDNA激活时),Cas13有3' 非G的PFS约束。

Q3. HOLMES与DETECTR的关系是?

✔ 都是「扩增 + Cas12a + ssDNA荧光探针」:HOLMES(Cell Discovery 2018,吐露港团队)与DETECTR(Science 2018,Doudna团队)原理完全一致。

Q4. 以下哪项不是把CRISPR用于非核酸靶标检测的策略?

✔ crRNA只能通过碱基互补识别核酸;检测小分子/蛋白需要先把「靶标事件」转换为activator、gRNA调控、可逆修饰或split-Cas二聚化之一。

Q5. 一管法最大的技术障碍是什么,当前主流解法有哪些?

✔ 扩增要「猛」、切割要「准」,两者在同一管会互相干扰。三类解法:① 变温调控(TRACE用ssRNA阻断子在37°C关断、60°C激活;POP-CRISPR在45°C激活非经典PAM);② 物理隔离(蜡球/蜡隔板,升温融蜡释放);③ 序列工程(分裂crRNA、crRNA骨架突变、缩短互补区)。

17延伸阅读与资料来源

按「入门 → 进阶 → 前沿」排列。

🌱 入门必读(里程碑文献)

  • Pardee et al., Cell, 2016 — NASBACC
  • Abudayyeh et al., Science, 2016 — Cas13a反式切割发现
  • Gootenberg et al., Science, 2017 — SHERLOCK
  • Li et al., Cell Research, 2018 — Cas12a兼具cis-与trans-切割活性
  • Li et al., Cell Discovery, 2018 — HOLMES
  • Chen et al., Science, 2018 — DETECTR
  • Gootenberg et al., Science, 2018 — SHERLOCKv2(+Csm6)
  • Myhrvold et al., Science, 2018 — HUDSON免提取

🚀 进阶(一步法 / 多重 / 定量)

  • Li et al., ACS Synth Biol, 2019 — HOLMESv2一步法
  • Zhang et al., NEJM, 2020 — CDetection / STOPCovid
  • Ackerman et al., Nature, 2020 — CARMEN超多重
  • Fozouni et al., Cell, 2021 — Cas13免扩增直检
  • Huang et al., Nat Commun, 2025 — TRACE热控异步一管法
  • Nat Biomed Eng, 2026 — dSHERLOCK数字CRISPR

🔭 综述与报告(2025–2026)

  • Zhang et al., Trends Biotech, 2025 — CRISPR非核酸检测
  • Targets, 2026 — 免扩增CRISPR诊断与POCT
  • TrAC, 2026 — 自催化反馈回路免扩增系统
  • Biosens Bioelectron, 2025 — one-pot CRISPR综述
  • Advanced Science, 2025 — 一管恒温扩增 + CRISPR挑战
  • Li, Wang & Liu, Trends Biotech, 2019 — CRISPR/Cas生物传感系统分类与展望

🧭 溯源:四个检索入口(自己查一遍最可靠)

二手解读只作线索。要确认一条信息的真伪,回到下面四个入口。

📚 本站内容来源

① 「CRISPR-Dx」知识库1126篇文献全文(已全量入站,见文献全文下载);② 微信公众号「CRISPR分子诊断」(ID: CRISPR-Dx)经典系列与原理篇;③ 诊断科学、医业观察、IVD网、小桔灯网、吐露港官方服务号ToloBio等号的产业与技术报道;④ 2025–2026网络检索补充;⑤ 一手核验通道:PubMed / Crossref / 公司官网 / NMPA与FDA公开数据库(凡站内标「一手文献」「官方文件」的条目均回源核对)。

免责说明:本站内容整理自网络公开信息,未经相关单位逐项书面确认,仅供学习与研究参考。如有错误或遗漏,请第一时间告知,我们会核实更正。

18基金项目:CRISPR诊断领域获资助项目汇总

以「CRISPR / Cas用于核酸检测、分子诊断、生物传感」为主题的已获资助项目,国内为主、国外为辅 —— 覆盖国家科技重大专项、国家重点研发计划与重点专项、国家自然科学基金、省部级、市县人才计划、高校院所自主经费与国际资助。白底红条=在研,灰底=已结题;列表每行给出项目名称、负责人、承担单位、起止时间与金额,点开每条看摘要与一手来源链接。

📎 附:仅见于论文致谢的资助编号(0 条)

这些编号出现在论文的Funding栏,多数未检索到对应的立项公告;其中一部分已在国家自然科学基金项目库中补出负责人、承担单位、金额与执行期(第三方整理,仅供参考)。引用时请以立项文件为准。

📌 收录口径

  • 金额与起止时间一律照抄来源;来源没写就写「—」,不按项目类别的平均值推算。
  • 「在研 / 已结题」以 2026年10月为时点判断:起止区间跨过该时点的记为在研。
  • 国家自然科学基金等类别的平均资助强度(如面上项目近年约50万元)与单个项目的批准金额不是一回事,本表只记后者。
  • 单个项目的批准金额若未在公开渠道逐项公布(如国家自然科学基金2022年度以后、多数省市基金与人才计划),金额栏写「—」并注明原因,不以类别平均值替代。
  • 来源优先级:立项/公示文件 > 承担单位官方公告 > 资助机构数据库(NIH RePORTER / USAspending / 盖茨基金会)> 国家自然科学基金项目库等第三方整理 > 论文致谢。
  • 这是一个持续增补的清单;「在研 / 结题」与金额均可能随立项文件更新而变化,欢迎补充线索。
  • 免责说明:本站信息整理自网络公开的项目公示、单位公告、论文致谢与媒体报道,来源已逐条注明;但受公开程度所限,未能取得相关单位的逐项书面确认。如发现条目有误或信息需要更新,请第一时间告知本站,我们会尽快核实更正。

19资料文库:所有背景材料,点开即读

本地讲义、会议报告、文献PDF、公众号与视频资料全部归档,可搜索、可点开原文。

🧭 资料文库怎么用

想查体系/找文献 → 体系库;想系统学 → 从核心讲义的《CRISPR-Dx技术研究进展(共享版)》开始;想追前沿 → 先看本页「最新动态」再进文献库;想拿到原文全文 → 走文献全文下载(站内副本 + OA + PMC + DOI四条路);想听人讲 → 走视频课堂;想了解国内产业口径 → 公众号课堂。全文页由脚本自动抽取,图形与排版会丢失,看图请点「打开原始文件」。

20互动交流

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