高亲和性聚胞嘧啶DNA调控金属有机框架-DNA界面相互作用及其在肝癌标志物检测中的应用

为解决肝癌早期诊断中DNA-金属有机框架(MOF)生物传感器信号转导效率低的问题，研究人员通过系统研究DNA-MOF界面吸附/解吸动力学，发现聚胞嘧啶DNA(C15)可作为高效竞争配体促进靶标诱导的适体释放，并构建了基于滚环扩增(RCA)和银纳米簇(AgNCs)的级联放大传感器，实现甲胎蛋白(AFP)的灵敏检测(检测限2.3 ng mL?1)，为无标记MOF-DNA生物传感器开发提供了新范式。

　　

肝癌作为全球癌症相关死亡的第二大原因，早期诊断对改善患者预后至关重要。甲胎蛋白(AFP)是目前临床主要的肝癌标志物，但现有检测技术面临样本需求量大、成本高、灵敏度不足等瓶颈。金属有机框架(MOF)因其高比表面积和可调孔隙结构，在生物传感领域展现出巨大潜力，然而DNA探针在MOF表面的非特异性吸附问题严重制约了传感器性能。

福建医科大学等机构的研究人员针对这一关键问题，选择两种铁基MOF（MIL-53(Fe)和MIL-88B(Fe)）为模型，系统研究了DNA-MOF界面相互作用机制。通过比较AFP适体与四种同源寡核苷酸（A15/T15/C15/G15）的竞争吸附行为，首次发现聚胞嘧啶DNA(C15)具有最优结合亲和力，能有效介导靶标诱导的适体释放。基于此机制，团队创新性地构建了级联放大生物传感器：AFP结合触发C15竞争置换适体→释放的适体启动滚环扩增(RCA)→生成重复DNA模板指导原位合成红色荧光银纳米簇(AgNCs)。该传感器对AFP的检测线性范围达10–100 ng mL^?1，检测限低至2.3 ng mL^?1，相关成果发表于《Talanta》。

关键技术包括：1）使用扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征MOF形貌与表面化学性质；2）通过荧光猝灭实验分析DNA吸附动力学；3）采用竞争置换实验评估不同序列DNA的亲和力差异；4）整合滚环扩增(RCA)和银纳米簇(AgNCs)荧光信号放大技术；5）使用临床血清样本验证检测性能（经福建肿瘤医院伦理委员会批准，批号K2023-263-01）。

【分析吸附-脱附传感行为】
研究发现AFP-适体复合物的形成不足以完全解离MOF表面结合的探针，而C15通过竞争高亲和位点可实现高效置换，荧光恢复率较其他序列提高3.8倍。

【MIL-53(Fe)和MIL-88B(Fe)表征】
SEM显示两种MOF分别呈现纺锤形（长5.0 μm）和针状形（长11 μm）结构，FT-IR证实其表面富含Fe–O配位键，为DNA磷酸基团提供结合位点。

【结论与意义】
该研究阐明了DNA序列依赖性吸附机制，证实聚胞嘧啶DNA可作为"分子撬杆"调控界面动态平衡。所开发的级联传感器通过耦合竞争置换、RCA扩增和AgNCs原位合成三重放大策略，突破了传统MOF-DNA传感器信号转导效率低的限制。这不仅为肝癌早期诊断提供了新工具，更通过揭示MOF-DNA界面基本作用规律，为设计高性能生物传感器提供了理论框架。研究获得福建省自然科学基金（2023J011295）等多项资助支持。