基于超互杂交链式反应的DNA纳米结构组装技术及其在卡那霉素超灵敏双模式生物传感中的应用

本文创新性地提出超互杂交链式反应（SC-HCR）技术，通过外切核酸酶III（Exo III）辅助信号放大与"废链转信号"策略，成功构建了稳定性优异的DNA纳米结构，实现了卡那霉素（Kana）在0.1 pg mL–1至10 ng mL–1范围内的电化学检测（检测限15.1 fg mL–1）和1 pg mL–1至100 ng mL–1范围内的荧光检测（检测限0.194 pg mL–1）。该均相双模式检测方法兼具操作简便性、高重复性与交叉验证可靠性，为抗生素残留检测提供了新范式。

　　

章节亮点

功能核酸设计

如图1所示，本研究设计了10条单链DNA（包括P1、P2、P3、P4、S1、S2、S4、S5、S6和S7）和5个DNA发夹结构（包括H1、H2、H3、H4和H5）。其中P1和P2两端均设计有发夹结构，而P3和P4两端分别修饰硫醇基团（表S1）。这四条链经退火后可形成具有四个突出末端发夹的DNA复合物，称为方形支架。

结论

通过设计Exo III辅助的双核酸循环反应触发高效SC-HCR组装稳定的DNA纳米结构，本研究成功开发了一种新型电化学/荧光双模式生物传感方法，用于卡那霉素（Kana）抗生素的超灵敏检测。该DNA纳米结构由大量DNA双链组成，可实现亚甲蓝（MB）的高密度嵌入，从而建立稳健的无标记电化学信号转导策略。将电极依次浸入相关溶液中进行均相反应，使该方法具备操作简便性和高重复性。此外，通过将DNA纳米结构组装过程中产生的高产副产物链用5-羧基荧光素（FAM）标记，构建了荧光信号转导路径。这种"废链转信号"策略不仅实现资源最大化利用，更通过双模式结果的交叉验证显著提升检测准确性，展现出良好的实际应用价值。

作者贡献声明

易霞： 原始稿件撰写、方法学建立、实验研究、数据整理。

王黄： 验证实验、调查研究。

赖国松： 稿件审阅与编辑、研究监督、项目管理、资金获取、概念设计。

王佳豪： 方法学建立、实验研究、数据整理。

吴敏： 实验研究、数据整理。