导读：作为可穿戴模块，微针可以以微创方式从间质液中提取分析物。然而，一些微针受到其同时对 大分子生物标志物进行高效提取和实时监测的能力的限制。来自复旦大学化学系及生物医学科学研究所的研究团队展示了CRISPR活化的石墨烯生物界面的协同效应，并报告了一种在线可穿戴微针贴片，用于提取和体内长期监测无细胞DNA。 研究者们认为后续的研究，包括对多种Cas蛋白的研究，有序介孔纳米材料，预校准过程和金属微针贴片，应进一步努力改善界面受体固定化和灵敏度，以实现对目标单拷贝DNA的检测。

近日，来自复旦大学化学系及生物医学科学研究所的研究团队展示了CRISPR活化的石墨烯生物界面的协同效应，并报告了一种在线可穿戴微针贴片，用于提取和体内长期监测无细胞DNA。这一研究成果发表在 《 Nature Communications》杂志上，题为： “Programmable CRISPR-Cas9 microneedle patch for long-term capture and real-time monitoring of universal cell-free DNA”。这种可穿戴贴片为无细胞DNA的长期体内监测带来了巨大的希望，并且可能用于早期疾病筛查和预后。

无细胞系统

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无细胞系统是利用细胞提取物（而不是细胞）进行基因转录和翻译的系统。一个无细胞基因表达系统主要包括三个部分：细胞提取物，反应混合液，以及核酸模板。

细胞提取物：从细胞中提取的物质，主要包含核糖体、RNA聚合酶、其他转录和翻译蛋白（比如σ因子、起始因子和延伸因子），以及用于能量代谢的酶和辅因子。在有些菌株的提取物中，可能抑制了蛋白酶和核酸酶的活性。

反应混合液：包含蛋白质合成所需的一些原料，如氨基酸、核苷酸、盐离子（如铵盐、镁、钾）、能源（糖类、磷酸肌酸等）、拥挤试剂（crowding agents）、代谢辅因子（辅酶A、NAD）、缓冲液、tRNA以及其他代谢添加剂等。

核酸模板：可以是质粒DNA或PCR产物线装DNA，浓度通常在1-20 nM。

无细胞系统一般的反应体积为10微升，但是根据其实际应用，反应体系可以从10^(-15)到10^3变化。在开始反应时，将三种组分在16-37℃下孵育，蛋白质合成将在1-24h内进行。

可穿戴技术

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随着第三次医疗革命的到来，可穿戴技术在现代个性化医疗领域经历了巨大的发展。预计可穿戴技术将变得更加精简，提供灵活性，并融入个人生活。可穿戴技术是一门多学科学科，主要包括软材料、柔性电池、无线信号通信和化学生物传感，因其提供深入的医疗诊断和促进个人健康评估的能力而受到极大的关注。

尽管大多数努力都集中在小分子或电解质的分析上，下一代可穿戴设备旨在对 大分子生物标志物（例如蛋白质或DNA）进行非侵入性或微创检测。然而，这种可穿戴设备面临的最大挑战可能是这些生物标志物的有效提取和实时体内监测。

用于疾病衍生生物标志物检测的实时可穿戴设备不仅可以 为疾病进展提供健康和保健的深入信息，还可以改善那些与异常或不可预测的情况作斗争的重症监护患者的自我管理。因此，开发一种既可以进行样品提取又能进行实时监测的在线可穿戴系统将是非常重要的，并且可以显着改善个人健康管理。

CRISPR-Cas9

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复旦大学的研究团队提出了在导电MNs上使用 CRISPR-Cas9活化石墨烯生物界面，并将其与反向离子导入相结合，用于核酸的提取和实时监测。由于CRISPR-Cas9和石墨烯生物界面的协同作用，采用基于CRISPR的可穿戴系统对 EB病毒进行实时监测。脓毒症和肾移植无细胞 DNA （cfDNA）。该系统对于cfDNA衍生疾病的长期实时监测和早期诊断具有潜在的应用价值。

CRISPR激活的可穿戴系统包括以下模块： 柔性基板;印刷碳纳米管（CNT）功能化组分;和实时监测控制，即三电极原型CRISPR-Cas9 MN系统。固定在微针上的dRNP化合物在靶DNA的实时在线捕获和监测中起重要作用的机制。这种CRISPR-Cas9活化的可穿戴贴片 可以连续监测体内无细胞DNA靶标，具有良好的电化学性能和在体内10天的稳定性。

由于固定生物感受器的不稳定性，设备与活性敏感膜之间的界面在动态变形过程中波动。可穿戴设备的检测精度会受到连续运行过程中界面效应的影响。 研究者们认为后续的研究，包括对多种Cas蛋白的研究，有序介孔纳米材料，预校准过程和金属微针贴片，应进一步努力改善界面受体固定化和灵敏度，以实现对目标单拷贝DNA的检测。