基于DNA纳米技术的生物传感平台

生物传感器是一类在临床检测、遗传分析、环境检测、生物反恐和国家安全防御等领域具有重要应用的传感器件。最近，中科院上海应用物理所物理生物学实验室和美国亚利桑那州立大学的研究人员合作发展了一种基于DNA纳米技术的三维DNA纳米结构探针，并在此基础上构建了一类新型的生物传感平台，实现了对基因和蛋白质高性能检测。相关论文以封面形式发表于材料领域著名杂志《先进材料》  (Advanced  Materials,  2010,  22,  4754-4758）。

上海应用物理所博士生裴昊等在樊春海研究员和亚利桑那州立大学颜颢教授的合作指导下，将一种衍生的DNA四面体纳米结构固定在金基底上，而四面体结构顶点上延伸出来的一段DNA序列可以通过特定设计作为DNA分子、核酸适配体和抗体识别单元的基础。在高度刚性的四面体结构的支撑下，DNA识别序列呈高度一致的取向，并提高了表面识别的自由度。研究者进一步证明，此新型生物分子识别界面适用于电化学、表面等离子体共振、石英晶体微天平、微悬臂梁等一系列传感技术。这一平台技术可能会为生物传感领域打开一个新的研究契机。

该研究得到了国家自然科学基金委、科技部和上海市科委的支持。

生物传感器是基于生物分子界面识别的原理，通过将生物识别单元（如DNA或蛋白质分子）作为“分子探针”固定在固体表面，形成一个分子识别界面。生物传感器领域的一个基本问题是如何实现生物识别单元的有效固定，并且避免界面上生物分子活性的损失。传统的DNA探针常用一维（单链DNA）或二维结构（如发夹结构）DNA作为识别元件，其传感界面的均一性在制备过程中难以得到有效控制，从而影响了实际应用中检测的稳定性和重复性。而三维DNA探针具有高结构稳定性和刚性，可以有效提高DNA探针在表面分布排列的均一性，并精确调控探针之间的距离，从而显著提高了生物检测的灵敏度和特异性。这一研究结果展示了DNA纳米技术作为一种新型生物传感平台的巨大潜力。DNA纳米技术是近年来新兴的前沿交叉领域，充分利用了DNA分子卓越的自组装和识别能力实现精确的从底向上的纳米构筑。目前，研究者已可以将DNA自组装成千姿百态的DNA纳米结构，而这些DNA纳米结构的潜在用途也受到各个领域的广泛关注。