响应式xDNA组装驱动的瞬态耗散双循环电路，用于可放大的荧光生物传感

《Sensors and Actuators A: Physical》：Responsive xDNA assembly-actuated transient dissipative dual-recycling circuit for amplifiable fluorescence biosensing

双靶向触发物驱动的x-DNA结构实现荧光纳米颗粒标记的瞬时耗散双回收电路，通过协同链迁移和重复组装释放初始链，驱动四次发夹结构的顺序解折叠和交替杂交，形成三重相同发光体实现无需标记的荧光检测平台，显著提升反应速率和转换放大产率。

　　在当前的生物传感和分子检测领域，传统的信号放大技术往往面临一些显著的挑战，包括高背景干扰、信号转换效率低下以及应用范围有限等问题。这些问题限制了现有方法在复杂样本中的检测精度和实用性。为了解决这些局限性，研究人员提出了一种基于DNA动态自组装的新型信号放大策略，即瞬态耗散双循环电路（Transient Dissipative Dual-Recycling Circuit, TDDC）。该方法通过利用DNA链的协同迁移和重复的x型DNA（xDNA）组装，实现了对双变量靶标（T1/T2）的快速、高效识别和信号放大。这种方法不仅提升了反应动力学和转换效率，还展示了其在生物传感和治疗应用中的潜力。

DNA纳米技术近年来取得了显著进展，其核心在于利用DNA分子的特异性配对和自组装能力，构建具有特定功能的纳米结构。这些结构能够实现复杂的分子识别、信号传导和催化反应，为生物传感和分子检测提供了新的工具。特别是在动态耗散系统中，DNA纳米结构被广泛用于构建可编程的分子网络，这些网络能够通过连续的催化反应和信号传递，实现高效的信号放大。然而，现有的方法在放大效率和反应动力学方面仍有不足，特别是在处理低浓度靶标或复杂样本时，常常出现背景干扰大、信号转换不充分等问题。

为了解决这些问题，本研究提出了一种基于xDNA的瞬态耗散双循环电路（TDDC）。该电路通过协同的DNA链迁移和重复的xDNA组装，实现了对双变量靶标的高效识别和信号放大。在该系统中，设计了一个双响应DNA纳米开关（sS·iS），该开关包含两个特异性结合靶标T1和T2的远程toehold区域，以及一个启动位点。当T1和T2同时存在时，该纳米开关会被激活，引发协同的DNA链迁移反应，从而释放出启动链（iS）。启动链随后引导四个发夹结构的依次展开和交替杂交，形成xDNA结构，并释放出启动链进入第一个循环。

在xDNA结构的其中一个臂上，燃料链（fS）的两个片段被编码在H2的5'端和H3的3'端。当xDNA结构形成后，重新组装的fS会在其中一个臂上启动第二次DNA链迁移反应，从而释放出T1和T2，进入第二个循环。通过这种双重循环机制，系统能够实现对双变量靶标的高效识别和信号放大。此外，研究还利用了银纳米簇（AgNCs）的荧光特性，通过将AgNCs模板序列与DNA纳米结构结合，构建了一个无标记的荧光检测平台。这种平台能够通过调控DNA模板序列，实现对多个Ag纳米簇的精确控制，从而开发出三个相同的荧光发射源，显著提升了检测的灵敏度。

在实际应用中，这种基于xDNA的TDDC方法展现出了诸多优势。首先，它能够通过协同的DNA链迁移机制，有效降低非特异性结合的风险，从而减少背景干扰。其次，该方法能够通过重复的xDNA组装，实现对低浓度靶标的高效识别和信号放大，显著提升了检测的灵敏度和动态范围。此外，由于DNA纳米结构的可编程性和可调性，该方法还具有高度的灵活性和可扩展性，能够适应不同的检测需求和环境条件。最后，通过结合AgNCs的荧光特性，该方法能够在无需外部标记的情况下，实现对靶标的高灵敏度检测，为生物传感和分子检测提供了新的思路。

在实验设计方面，研究团队通过精心设计的DNA纳米结构，实现了对双变量靶标的高效识别和信号放大。首先，他们构建了一个双响应的DNA纳米开关（sS·iS），该开关包含两个特异性结合靶标T1和T2的远程toehold区域，以及一个启动位点。当T1和T2同时存在时，该纳米开关会被激活，引发协同的DNA链迁移反应，从而释放出启动链（iS）。启动链随后引导四个发夹结构的依次展开和交替杂交，形成xDNA结构，并释放出启动链进入第一个循环。在xDNA结构的其中一个臂上，燃料链（fS）的两个片段被编码在H2的5'端和H3的3'端，当xDNA结构形成后，重新组装的fS会在其中一个臂上启动第二次DNA链迁移反应，从而释放出T1和T2，进入第二个循环。通过这种双重循环机制，系统能够实现对双变量靶标的高效识别和信号放大。

为了验证该方法的有效性，研究团队进行了多方面的实验。首先，他们通过设计和合成一系列DNA纳米结构，评估了该系统在不同条件下的性能。实验结果表明，该系统能够显著提升反应动力学和信号转换效率，从而实现对低浓度靶标的高效检测。其次，他们利用银纳米簇（AgNCs）的荧光特性，构建了一个无标记的荧光检测平台。通过将AgNCs模板序列与DNA纳米结构结合，他们能够精确控制多个Ag纳米簇的形成，从而开发出三个相同的荧光发射源，显著提升了检测的灵敏度和动态范围。最后，他们对实际样本进行了测试，验证了该方法在复杂样本中的适用性。

在实际应用中，这种基于xDNA的TDDC方法具有广泛的前景。首先，它可以用于生物传感领域，特别是在疾病诊断、细胞成像和药物递送等方面。由于该方法能够实现对双变量靶标的高效识别和信号放大，因此在需要同时检测多个生物标志物的应用中具有显著优势。其次，它还可能在基因治疗和选择性凋亡治疗中发挥作用。通过精确控制DNA纳米结构的自组装和信号传递，该方法能够实现对特定基因或蛋白质的靶向调控，从而为治疗提供新的手段。此外，该方法的灵活性和可扩展性也使其能够适应不同的检测需求和环境条件，为未来的生物传感和分子检测技术提供了新的可能性。

总的来说，基于xDNA的瞬态耗散双循环电路（TDDC）是一种创新的信号放大策略，它通过协同的DNA链迁移和重复的xDNA组装，实现了对双变量靶标的高效识别和信号放大。这种方法不仅提升了反应动力学和信号转换效率，还展示了其在生物传感和治疗应用中的潜力。通过结合AgNCs的荧光特性，研究团队构建了一个无标记的荧光检测平台，为未来的生物传感和分子检测技术提供了新的思路。随着DNA纳米技术的不断发展，这种基于xDNA的TDDC方法有望在更广泛的领域中得到应用，为生物医学研究和临床诊断提供强有力的支持。