可再生DNA四面体界面：基于点击化学与DNAzyme协同催化实现铜离子的超灵敏检测

针对铜离子检测中核酸连接效率低、产物难清除等难题，研究人员开发了一种基于DNA四面体纳米结构（TDN）的可再生电化学传感界面。该研究创新性地利用TDN骨架负电荷微环境增强G-四链体/血红素（G-quadruplex/Hemin）复合物催化活性，并通过点击化学（CuAAC）实现分裂G-富集序列的高效连接，检测限达28.1 pM，较传统方法灵敏度提升200倍。该技术还可通过碱性条件解离Hoogsteen氢键实现界面再生，为铜稳态失衡相关疾病（如阿尔茨海默病、威尔逊病）及环境监测提供了新工具。

　　

铜作为人体必需的微量元素，在能量代谢、抗氧化防御和神经递质合成中扮演关键角色。然而，铜稳态失衡会引发严重健康危机——缺乏导致贫血和中性粒细胞减少，过量则与阿尔茨海默病（Alzheimer's disease）、威尔逊病（Wilson's disease）等神经退行性疾病密切相关。尽管传统检测方法如原子吸收光谱精度高，但设备昂贵、操作复杂，难以满足即时检测需求。更棘手的是，当前基于点击化学（CuAAC）的铜离子传感器面临两大瓶颈：核酸连接效率低下，以及连接产物难以清除导致的界面不可再生。

针对这些挑战，上海某研究机构（根据基金编号22QA1406500推测）的研究团队在《Bioelectrochemistry》发表了一项突破性研究。他们巧妙利用DNA四面体纳米结构（tetrahedral DNA nanostructure, TDN）的独特性质，构建出全球首个兼具超灵敏检测与可再生特性的电化学传感界面。这项研究首次发现TDN能以非共价组装方式增强G-四链体/血红素（G-quadruplex/Hemin）复合物的催化活性，并通过协同效应将检测灵敏度推向新高度。

研究团队采用三项核心技术：1）通过Hoogsteen氢键将叠氮化物修饰的分裂G-富集序列锚定在TDN三边上，提升局部浓度；2）利用TDN骨架负电荷微环境增强DNAzyme对带正电荷底物的亲和力；3）建立碱性条件下Hoogsteen氢键断裂的界面再生方案。这些创新使检测系统既能实现信号放大，又能重复使用。

【材料与方法】

研究选用ABTS、TMB等常规试剂，关键创新在于TDN界面设计：将分裂的G-富集序列通过Hoogsteen氢键临时固定于TDN边缘，铜离子存在时触发点击化学反应连接片段，自组装形成具有过氧化物酶活性的G-quadruplex/Hemin复合物。

【The effect of TDN on the catalysis efficiency of DNAzyme】

实验证实TDN骨架的负电荷微环境使G-quadruplex/Hemin复合物催化TMB氧化的效率提升3.8倍。这种增强源于TDN对底物亲和力的调控，与共价固定策略相比，非共价组装更利于维持DNAzyme构象灵活性。

【Conclusions】

该研究实现了28.1 pM的超低检测限，较传统方法灵敏度提高200倍。界面可再生性测试显示，经过5次再生循环后信号衰减率<8%。研究还成功将该平台拓展至碱性磷酸酶活性检测，验证了技术普适性。

这项工作的科学价值在于：1）首次揭示TDN对非共价组装DNAzyme的催化增强效应；2）创建"信号放大-界面再生"双功能平台；3）为铜代谢异常相关疾病的早期诊断提供新思路。正如通讯作者Hui Cao强调的，该技术有望推动DNA纳米结构在即时检测（POCT）领域的产业化应用。