综述：从实验室到市场：基于纸基的CRISPR诊断技术与商业化路径

这篇综述系统梳理了CRISPR-Cas（规律间隔成簇短回文重复序列-相关蛋白）技术在纸基诊断（POC）领域的最新进展，重点探讨了SHERLOCK（特异性高灵敏度酶报告解锁）和DETECTR（DNA内切酶靶向CRISPR转报告系统）等平台如何通过横向流动分析（LFA）和微流控纸基分析设备（μPAD）实现病原体检测，为资源有限地区提供符合WHO"ASSURED"标准（经济、灵敏、特异、易用、快速、免设备、可交付）的解决方案。

　　

从实验室到市场：纸基CRISPR诊断的革命性进展

引言

全球健康领域持续面临传染病威胁，COVID-19大流行更凸显了快速、准确且经济的诊断技术需求。CRISPR诊断（CRISPR-Dx）凭借其高灵敏度和特异性崭露头角，而纸基设备的引入将样本制备、扩增和检测整合为紧凑易用的系统。这些技术利用纸张的低成本、易加工和流体操控优势，在资源有限环境中展现出巨大潜力。

CRISPR产物的纸基读值系统

最早的突破来自2017年SHERLOCK平台，通过冻干Cas13a酶实现寨卡病毒RNA检测。典型应用包括：

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  COVID-19诊断：DETECTR采用Cas12a与LAMP（环介导等温扩增）联用，检测限达10拷贝/μL；ADESSO平台通过多重检测将成本控制在4.88欧元/测试

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  其他传染病：SPEEDi-CRISPR通过固相萃取实现HPV检测，灵敏度达2.3 fM；HUDSON-SHERLOCK系统在塞拉利昂实地验证了埃博拉病毒检测能力

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  创新信号转换：English团队开发的DNA水凝胶系统通过流体渗透性变化检测MRSA，无扩增灵敏度达400 pM

纸基CRISPR反应体系

关键技术突破包括：

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  光化学传感：黄等开发的纸基光电化学生物传感器，通过ZnO/SrTiO₃异质结将miRNA-21检测限推至3.4 fM

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  自含式微流控：Liu等将RT-RPA（重组酶聚合酶扩增）与Cas12a冻干于蜡印通道，35分钟完成HPV筛查

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  温度适应性改造：Joung团队改造AapCas12a在65°C保持活性，实现单温度反应

全集成CRISPR-纸基设备

前沿进展体现在：

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  废水监测：三层纸装置同步检测SARS-CoV-2的N/E/S基因，25拷贝/mL灵敏度配合半定量分析

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  可穿戴诊断：Nguyen的口罩集成传感器通过呼气气溶胶检测，500病毒拷贝阈值媲美实验室PCR

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  葡萄糖计联用：通过Cas12a激活转化酶产生葡萄糖信号，实现HPV DNA定量检测

商业化路径与挑战

当前市场呈现：

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  规模：2024年CRISPR诊断市场达31亿美元，但纸基产品占比不足5%

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  技术瓶颈：90%设备仍依赖离纸样本制备，试剂常温稳定性仅维持4-8周

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  成功案例：Mammoth的DETECTR和Sherlock的试剂盒获FDA紧急使用授权，但成本仍高于抗原检测

未来展望

下一代研发需聚焦：

1. 1.

   样本处理集成：磁珠提取与冻干裂解试剂的原位结合

2. 2.

   信号增强：DNAzyme与CRISPR的级联放大系统

3. 3.

   标准化生产：卷对卷印刷技术实现20万测试/日产能

4. 4.

   多场景验证：从临床扩展到环境、食品供应链监测

这场诊断革命正突破实验室边界，通过纸基载体将CRISPR的强大检测能力转化为触手可及的公共卫生工具。随着工程化酶变体、智能材料与微流控技术的深度融合，未来的纸基诊断或将如同血糖试纸般普及，重塑全球疾病监测格局。