光热纳米镊子是一种创新的光学设计方法，彻底改变了经典光学技术，可捕获各种纳米粒子。虽然光热温度场可用于纳米颗粒的原位调节，但在确定其调节生物纳米颗粒的潜力方面仍然存在挑战。
为了观察光热操纵和基于成簇规则间隔短回文重复序列(CRISPR)的生物检测的协同效应，研究人员开发了一种由CRISPR驱动的光热纳米镊子(缩写为CRONT)的组合。
在《光：科学与应用》杂志上的一份新报告中，陈嘉杰和光电子工程、生物医学工程和物理学研究团队通过利用扩散电泳和热渗透流进行光热激发，成功富集了DNA功能化金纳米颗粒、CRISPR-相关蛋白质和DNA链。
科学家们以光热方案为基础，在单分子水平上增强了CRISPR相关的单核苷酸多态性检测，并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护理点诊断、生物光子学和生物纳米技术领域进行研究。
光镊
1986年，阿瑟·阿什金(ArthurAshkin)发明了可远程调控纳米物体的光镊，并因这一突破性发现和对生物系统的贡献于2018年获得诺贝尔物理学奖。虽然经典光镊依赖于光的动量变换，但等离子体光学、电场和温度的跨学科组合有效地解决了这些限制。
各种创新方法的出现为颗粒分析和调控提供了新的机会。光热纳米镊子利用光诱导热力学力以亚微米精度调节微米级纳米粒子。
与传统光镊相比，光热镊子需要较低的功率密度，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光学影响。由于热效应在各种生物过程中发挥着关键作用，因此可以在实际应用中利用温度场的功能。
该方法可用于调节从微米级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。
成簇规则间隔短回文重复序列(CRISPR)系统本身提供了一种出色的基因编辑工具，该工具也获得了2020年诺贝尔奖。该方法包含CRISPR相关核酸酶蛋白和目标DNA特异性指导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限制，Chen及其同事设计了一种通用的光热镊子平台，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，无需核酸扩增。该实验提供10μL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，以满足未来基因组研究和医学的需求。
工作原理
为了实现CRONT(CRISPR驱动的光热纳米镊子)，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射金膜时，他们在激光点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，并使用暗视野显微镜启动了DNA-金纳米膜缀合物的裂解。
他们在水溶液中添加了聚乙二醇(PEG)非离子聚合物作为生物表面活性剂，以获得优异的生物相容性。
多个纳米粒子的存在及其不同的热泳动性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，结果会产生一种称为扩散电泳力的相互作用。这项系统研究强调了CRONT被纳入进行生物分子鉴定的潜力。
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研究了蛋白质和DNA的聚集行为，其中刚性茎的长度产生了聚乙二醇浓度梯度。虽然较高的激光功率由于热渗透流增大而并未持续增加积累率，但单链DNA的积累高于双链DNA。虽然生物物理学中很少研究蛋白质积累，但荧光标记的Cas12a蛋白质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。
该团队还对常见的蛋白质(例如带有FITC标记的牛血清白蛋白)进行了实验。在存在光热场的情况下，这种蛋白质分布保持随机并且不受聚乙二醇分子的存在的影响。
CRISPR驱动的光热纳米镊子(CRONT)用于识别核苷酸
Chen和团队指出，与CRISPR驱动的光热纳米镊子(CRONT)相关的光热场如何为基于CRISPR的生物检测提供合适的温度，并能够富集生物纳米粒子以检测超低浓度的DNA，而不是单独的布朗运动。通过检测扩散来控制。
科学家们采用了CRISPR-12a方案来检查单链环境DNA。CRONT系统成功地在单分子水平上鉴定了DNA的单核苷酸多态性，具有高灵敏度和特异性。
外表
通过这种方式，JiajieChen及其同事将扩散电泳和热渗透流合并到光热响应薄膜的边界层中，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。
该方法允许立即实施基于CRISPR的生物传感，且检测量超低。
光镊通过基于CRISPR的生物传感系统进行DNA识别，作为富集生物分子以裂解CRISPR复合物的途径。这种由CRISPR驱动的光热纳米镊子或CRONT系统作为跨生物医学研究、药物发现和疾病诊断的多功能检测探针，有望促进对复杂生物过程的理解。
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