基于超电荷DNA折纸与高曲率金纳米结构的核酸超灵敏检测新策略

针对ctDNA检测中灵敏度不足和背景干扰等问题，浙江大学团队开发了一种整合DNA origami、肽核酸(PNA)和高曲率金纳米结构的电化学生物传感器。该策略利用DNA origami的强负电荷吸附大量[Ru(NH3 )6 ]3+ ，结合PNA的电中性特性，实现信号放大与背景抑制，检测限达0.26 fM，为无酶信号放大提供了新思路。

　　

在生命科学和医学检测领域，循环肿瘤DNA（ctDNA）作为癌症早期诊断的重要标志物，其检测灵敏度直接关系到临床应用的可靠性。然而，传统检测方法如PCR虽能实现指数级信号放大，却存在成本高、耗时长、易受干扰等问题；而无酶信号放大策略又常面临背景噪声大、分子识别效率低的瓶颈。如何突破现有技术的局限，实现ctDNA的超灵敏、特异性检测，成为摆在研究人员面前的一道难题。

针对这一挑战，浙江大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表了一项创新性研究。他们巧妙地将DNA折纸（DNA origami）技术、肽核酸（PNA）探针和高曲率金纳米结构三者结合，开发出一种便携式电化学生物传感器。这项研究不仅将检测灵敏度提升至0.26飞摩尔（fM）级别，更在复杂血清环境中实现了高特异性检测，为癌症早期诊断提供了新的技术路径。

研究团队采用了三项关键技术：首先通过DNA origami自组装构建精确的纳米结构载体；其次利用高曲率金纳米结构修饰电极，增强探针可及性；最后通过静电吸附作用负载电活性分子[Ru(NH₃
)₆
]³⁺
实现信号放大。临床样本验证显示，该方法对ctDNA的检测性能显著优于传统单链DNA和四面体DNA纳米结构（TDN）探针。

在"电化学生物传感器机制"部分，研究阐明了DNA origami-ctDNA（DOC）复合物通过PNA杂交被捕获至电极表面的过程。高曲率金纳米结构有效减少了PNA探针的缠结，使DOC复合物的捕获效率提升3.7倍。电化学测试证实，DNA origami携带的负电荷可吸附大量[Ru(NH₃
)₆
]³⁺
，而电中性的PNA则显著降低了背景信号，信噪比达到传统方法的8.3倍。

"结论"部分指出，该传感器具有三大创新点：高曲率金纳米结构增强探针可及性；DNA origami的电荷特性实现双重信号调控；PNA探针确保高特异性。在血清样本中，其对突变型KRAS基因的检测限达0.26 fM，区分单碱基突变的特异性超过95%。

这项研究的突破性在于：首次将DNA origami的电荷特性转化为检测优势，开辟了无酶信号放大新途径；通过多学科技术融合，解决了低丰度核酸检测中灵敏度与特异性的矛盾；为便携式癌症诊断设备的开发奠定了技术基础。正如通讯作者Weiwei Qin强调的，这种"超电荷DNA折纸"策略可拓展至其他生物标志物检测，有望推动DNA纳米技术在精准医疗中的广泛应用。