近期，医学物理中心生物电子技术研究室杨良保研究员课题组在DNA分子自组装信号放大检测方面取得新进展，相关成果以Elucidation of leak-resistance DNA hybridization chain reaction with universality and extensibility为题，发表在国际著名学术杂志《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。
近年来，DNA纳米技术飞速发展，刷新了人们对DNA分子的认识，它不仅作为生命遗传信息的载体，还能够利用DNA分子序列的可编程性，通过动态或静态DNA自组装，作为纳米材料应用于多个领域。杂交链式反应（hybridization chain reaction，HCR）是一种基于DNA自组装反应的信号放大技术，该体系通常包含两种或多种DNA发夹，在目标分子存在下，引发DNA发夹交替开环自组装，形成包含大量重复单元的切口双链DNA纳米结构，实现对目标分子的信号放大。HCR具有等温、无酶、操作简单和成本低廉等显著优势，在生物传感、生物成像和生物医药领域中具有重要的应用价值。然而，无目标分子下的HCR系统背景渗漏，严重降低其特异性和灵敏性，是HCR应用的一大困扰。
杨良保课题组采用分子热力学和动力学、生物化学和生物物理学等方法，系统分析了HCR渗漏途径，揭示DNA发夹的瞬时熔解是泄漏的根本原因。在此基础上，进一步提出抗渗漏DNA发夹设计的能量阈值和设计理论框架。结合表面增强拉曼光谱（SERS）检测技术，分析了代表性生物标记物hsa-miR-21-5p，证实抗渗漏DNA发夹设计理论的通用性。同时，进一步拓展抗渗漏HCR设计理论，用于miRNA家族为代表的高相似物鉴别。这些研究为提高DNA自组装信号放大的特异性和准确性提供了新的思路，有助于HCR在生物传感器开发和生物医学中的应用。
该项工作由课题组李绍飞博士为第一作者，并得到了国家科技重大专项、国家自然科学基金等项目的资助。
文章链接: https://academic.oup.com/nar/article/48/5/2220/5724439
抗渗漏HCR设计原理图
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