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资料介绍

DNA纳米技术生物传感器:DNA折纸与DNA步行器

一、引言

DNA纳米技术利用DNA分子的可编程碱基配对特性,构建具有精确尺寸和形状的纳米结构,为生物传感提供了全新的分子工程平台。DNA折纸、DNA步行器和DNA水凝胶等技术可在纳米尺度上实现分子识别、信号放大和逻辑运算,将生物传感器的灵敏度、特异性和多功能性推向新高度。2026年,DNA纳米技术生物传感器在单分子检测、多重分析和智能响应方面取得了突破性进展。

二、DNA折纸生物传感器

DNA折纸技术利用一条长单链DNA支架和数百条短钉链,通过碱基互补配对将支架折叠成预设的二维或三维纳米结构。DNA折纸结构具有精确可控的尺寸、形状和表面功能化位点,可作为生物传感器的理想平台。

DNA折纸纳米天线通过精确控制荧光基团和淬灭基团之间的距离,实现单分子级别的荧光检测。DNA折纸纳米孔在生物膜中形成人工纳米通道,通过检测离子电流的变化实现单分子传感。DNA折纸纳米阵列将捕获探针以精确间距排列在折纸表面,提高杂交效率和信噪比。

2026年,研究团队利用DNA折纸睡莲圆盘结构,通过双链DNA连接子固定于金表面,靶标结合后结构闭合使亚甲蓝报告基团靠近电极,产生极高的电化学信号增益,实现了亚皮摩尔级别的链霉亲和素检测。

三、DNA步行器生物传感器

DNA步行器是一种由DNA链驱动的分子马达,可在预定义的轨道上沿特定方向移动。DNA步行器通过支点介导的链置换反应驱动,每一步移动都伴随着能量消耗和信号产生。双足DNA步行器和三足DNA步行器是最常见的步行器结构。

2026年,江西理工大学张家林团队开发了基于三足DNA步行器与自组装纳米结构支架的电化学传感器。当目标菌存在时,适配体与目标菌结合释放探针,触发催化发夹组装反应形成三足DNA步行器。步行器沿预定义DNA轨道定向移动,打开发夹结构,暴露结合位点,结合大量信号探针产生显著电化学电流信号。该传感器对金黄色葡萄球菌的检测限低至5 CFU/mL。


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