电动力学纳米流体传感技术揭示DNA纳米星凝聚体的相变行为与生物传感潜力

本研究针对DNA纳米星(NS)凝聚体检测依赖昂贵光学技术的瓶颈问题，通过电动力学纳米流体技术首次实现NS相变(LLPS)的电子学检测。研究发现NS凝聚体电泳迁移率为单体的50%，有效离子强度比150 mM NaCl高35%，其与纳米通道硅壁的强结合可调控电渗流。该技术仅需20 μL样本即可在50-300 mM NaCl背景下灵敏检测相变温度Tc ，为基于相分离的生物传感技术开辟新途径。

　　

在生物分子凝聚体研究领域，DNA纳米星(NS)因其可编程特性成为模拟生物分子液-液相分离(LLPS)的理想模型。这类由四条DNA链自组装形成的星形结构，在特定温度下会形成高密度的NS凝聚体，与天然无膜细胞器具有相似物理特性。然而现有检测技术如光散射和荧光显微术需样本量大、标记复杂且成本高昂，严重制约了NS相变机制的深入研究和应用开发。

为解决这一难题，加州大学圣塔芭芭拉分校的Kuang-Hua Chou团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表研究，创新性地将电动力学纳米流体技术应用于NS凝聚体检测。该技术通过监测100 nm深纳米通道中的电流变化，结合ζ电位测量和通道倾斜设计，实现了对NS相变过程的实时电子学追踪。关键技术包括：1）构建含平行对照(τ通道与α通道)的纳米流体芯片；2）温度梯度控制下的电流-温度关联分析；3）电渗流与电泳迁移率的定量表征。

【材料与方法】
研究使用标准脱盐处理的四臂NS，通过对比带poly-T尾(非凝聚型)与回文序列(凝聚型)的NS在纳米通道中的电学行为差异。所有实验在磷酸盐缓冲液(PBS)中进行，采用双通道设计消除背景干扰。

【电学信号特征】
当温度降至临界值T_c
时，α通道电流出现阶梯式增长，增幅达35%，对应NS凝聚体形成。通过电流-电压曲线分析，测得凝聚体电泳迁移率(0.5×单体NS)及有效离子强度(>150 mM NaCl)。ζ电位测量揭示凝聚体与二氧化硅通道壁的结合强度是单体的2.3倍，这种结合显著增强电渗流，可完全抵消电泳迁移。

【结论与意义】
该研究首次证明：1）NS凝聚体具有独特的导电特性，其网络化DNA结构释放的浓缩反离子可提升通道电导率；2）通道倾斜设计能稳定凝聚体分布，使相变温度检测下限达50 μM NS溶液；3）电学检测灵敏度与光学方法相当，但无需标记且样本量减少90%。这项技术突破为高通量筛选NS设计参数、研究生物分子凝聚体动力学提供了新工具，并为开发基于相分离的疾病诊断器件奠定基础。研究还发现离子浓度[NaCl]与T_c
的函数关系(f([NaCl]))与文献报道一致，验证了方法的可靠性。

值得注意的是，NS凝聚体在纳米通道中的"粘滞-滑动"行为导致电流波动，这一现象可能反映其类液体特性。未来研究可进一步探索NS序列设计、价态调控与电学信号的定量关系，推动该技术向单分子检测水平发展。