《Discover Nano》：Fluorescence-based biosensing with DNA nanostructures and DNA origami: from programmable architectures to quantitative readouts
DNA纳米技术和DNA折纸已成为有前景的生物传感平台，其利用DNA序列的可编程性和结构自组装。多种DNA纳米结构，包括三向连接（TWJs）、树枝状组装体、水凝胶和四面体DNA纳米结构（TDNs），为功能组件的组织提供了结构明确的框架。DNA折纸进一步通过多条短链DNA折叠长链DNA支架，实现了高度可编程和精确的空间定位。其高生物相容性和纳米级空间可寻址性使得荧光团、猝灭剂、适配体、纳米颗粒及其他功能组件能够被可控组织，这对于依赖精确空间控制的荧光基传感策略尤为有利。本综述首先介绍了荧光基生物传感的基本原理，包括F?rster共振能量转移（FRET）和等离子体增强荧光（PEF）。然后根据结构架构和传感机制对基于DNA纳米结构的荧光生物传感器进行分类。随后基于信号转导策略对基于DNA折纸的平台进行分类。讨论了代表性研究的设计原理和传感性能。研究人员进一步批判性地讨论了当前面临的挑战，包括结构稳定性、可扩展性、信号重现性和临床转化，并展望了由可编程DNA架构驱动的下一代荧光生物传感平台的发展前景。
1 引言
生物靶标的灵敏、特异检测与定量在临床诊断、环境监测和生物医学研究中具有根本性意义。在众多分析方法中，荧光基检测凭借其高灵敏度、宽动态范围、多重检测能力以及与溶液检测和生物成像应用的兼容性，长期成为生物传感的基石。然而，传统荧光生物传感器往往存在灵敏度和特异性有限以及在复杂生物环境中性能下降的问题。在过去四十年中，DNA纳米技术已成为应对这些挑战的有前景策略，其通过为理性设计生物传感架构提供可编程的纳米级平台来解决上述问题。DNA纳米技术利用Watson-Crick碱基配对的高可预测性和特异性，构建具有精确几何形状、维度和功能组件空间位置控制的结构明确的纳米结构。自20世纪80年代初Nadrian C. Seeman首次提出将DNA作为结构材料的概念以来，该领域已从简单的分支连接体发展到基于瓦片的组装、支架DNA折纸以及通过超分子聚合形成的复杂二维和三维架构。其中，由Paul Rothemund于2006年引入的DNA折纸已成为最强大的平台之一，其能够将长链单链DNA折叠成几乎任意形状，同时允许数百个独立位点具有亚纳米级精度进行寻址。DNA纳米结构和DNA折纸的卓越空间可编程性使得荧光团、猝灭剂、适配体、纳米颗粒和酶等精确排列成为可能。这种可编程组织显著增强了信号转导效率和信号放大，同时实现了可调的光学响应，为荧光生物传感提供了多功能平台。
2 荧光生物传感
荧光生物传感器通过提供将分子识别事件转化为可测量荧光信号变化的分析平台，实现了高灵敏度和多功能性。一般而言，荧光生物传感器由两部分组成：特异性结合靶分析物的识别元件和将识别事件转化为荧光响应的信号转导模块。DNA纳米结构和DNA折纸基荧光生物传感器采用多种荧光信号转导机制，包括FRET、纳米表面能量转移（NSET）、光诱导电子转移（PET）、碰撞猝灭和等离子体增强。FRET是一种非辐射能量转移过程，其中激发能量通过偶极-偶极耦合从激发的供体荧光团转移到基态受体生色团。FRET效率取决于供体-受体距离和F?rster半径，随分子间距离（r
6）的第六次方减小。因此，FRET对约2-10 nm内的距离变化高度敏感，是监测纳米级结构变化的理想分子尺。PEF利用金属纳米结构的局域表面等离子体共振（LSPR）大幅增强附近荧光团的发射。当荧光团位于等离激元热点内时，其激发速率和辐射衰减速率均可增强，从而产生显著的荧光增强。然而，当荧光团非常靠近金属表面时，向金属的非辐射能量转移可能变得显著，导致荧光猝灭而非增强。这种距离依赖性行为突显了可寻址DNA折纸的优势。
3 基于DNA纳米结构的荧光生物传感器
3.1 基于TWJ DNA纳米结构的荧光生物传感器
三向连接（TWJ）DNA纳米结构因其可编程的分支架构和能够在受限纳米空间内精确组织功能DNA组件的能力而作为多功能荧光生物传感平台受到广泛关注。与线性DNA探针不同，TWJ结构由三个独立可编程的分支组成，每个分支都可以功能化。早期研究利用TWJ自身的形成和解离作为无标记荧光信号机制。例如，为了检测妥布霉素（TOB），研究人员构建了目标响应型TWJ，使用两个TOB特异性适配体和一条互补链。在没有TOB的情况下，三条DNA链组装成包含多个双链DNA区域的稳定TWJ，允许PicoGreen（PG）插入并产生强荧光。当加入TOB时，适配体优先结合靶标，导致TWJ部分解组装，双链DNA区域减少，PG插入减少，荧光强度成比例降低。
后续研究将TWJ从简单的构象传感扩展到可编程荧光信号放大平台。基于TWJ架构的邻近定位催化发夹组装（plCHA）系统用于核酸检测，其中两个发夹探针（H1和H2）被空间限制在TWJ支架上，克服了传统溶液相CHA的扩散限制。重构的DNA模板随后指导银纳米簇（AgNCs）的形成，产生强turn-on荧光信号。TWJ还被用作预成型纳米簇荧光性质的空间调节器。在三向DNA器件（3WDD）中，AgNCs被掺入发夹环中，其荧光通过受限的链置换和瞬态连接反应进行调节。在TWJ内，每个分支功能化有AgNC形成报道发夹、链置换序列或连接序列，目标识别诱导的连续链置换和瞬态连接反应改变了AgNCs周围的局部荧光环境。此外，TWJ还被开发为比率荧光分析的平台。在多簇TWJ DNA纳米结构中，每个分支引入AgNC形成序列，允许单个DNA构建体内组装多个AgNCs，实现基于不同发射波长的比率荧光测量。
TWJ还被用作激活酶辅助信号扩增的目标响应平台。为了定量检测miR-153-3p，研究人员开发了结合目标诱导TWJ形成与双酶介导级联扩增的荧光生物传感器。目标miRNA引发发夹探针与辅助DNA之间的相互作用，导致稳定TWJ的形成，随后激活涉及末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）和切口酶Nt.BspQI的扩增反应。该过程产生丰富的poly(thymine)序列作为荧光铜纳米颗粒（CuNPs）自组装的模板。该方法在来自三名健康个体和五名帕金森病患者的血液样本中得到验证，在患者样本中成功定量了miR-153-3p，揭示了该miRNA在帕金森病患者中的上调表达。此外，TWJ最近被用作空间支架来组装荧光报道体。在一种策略中，split Broccoli适配体的两个片段被置于TWJ的不同分支上，使目标诱导的TWJ组装能够精确对齐片段以重建功能性Broccoli适配体。重建的适配体随后结合氟原DFHBI-1T，产生与目标DNA浓度成比例增加的荧光信号，实现了对弯曲杆菌属来源DNA在fM水平的定量检测。
3.2 基于超支化和树枝状DNA纳米结构的荧光生物传感器
超支化和树枝状DNA纳米结构因其高度分支的架构而为荧光生物传感提供了多功能的信号放大平台。与线性DNA探针相比，这些分支纳米结构具有高探针负载能力，允许单次靶标识别事件引发多次荧光生成事件，从而显著提高检测灵敏度。此外，分支框架内反应序列和荧光探针的紧密空间排列创造了纳米限域反应环境，增强了杂交效率和反应动力学。这些结构优势还促进了与多种核酸扩增策略的整合，包括滚环扩增（RCA）、杂交链式反应（HCR）、DNAzyme电路和基于CRISPR的信号放大。
早期研究利用DNA连接酶组装反复分支的树枝状DNA架构作为荧光信号放大支架。后续研究从传统合成树枝状大分子转向扩增驱动策略，通过核酸扩增反应产生树枝状DNA架构。代表性实例将双链DNA链迁移、HCR和DNAzyme反馈电路整合到单个荧光生物传感平台中。靶标识别后，链迁移和HCR依次生成分级树枝状DNA网络，随后激活DNAzyme反馈电路进行连续信号放大，实现了对铜绿假单胞菌的高度灵敏和定量检测。超支化DNA也是荧光信号放大的重要平台。通过超支化RCA生成的树枝状DNA纳米结构已成功整合到比率荧光生物传感器中，高度分支的DNA框架提供了大量荧光探针结合位点，同时增加了其局部浓度，通过纳米限域效应提高了杂交效率。
树枝状DNA纳米结构还被整合到基于CRISPR的荧光生物传感器中。一种代表性研究使用组装在磁性纳米珠上的DNA纳米树作为与CRISPR-Cas12a和扩增阻滞突变系统（ARMS）联用的荧光信号放大支架，用于检测FecB单核苷酸突变。此外，超支化DNA最近被用作高密度组织荧光纳米簇的三维支架。在检测17β-雌二醇（E2）的代表性策略中，通过连续的基于适配体的核酸扩增反应产生超支化DNA网络，随后沿分支DNA框架组织AgNCs。同时引入金属-聚集诱导发射 luminogen（metal-AIEgen）框架，构建基于AgNCs与metal-AIEgen之间FRET的双发射比率荧光传感平台。
3.3 基于TDN的荧光生物传感器
四面体DNA纳米结构（TDNs）是最具代表性的三维DNA纳米结构之一，通常通过四条互补序列的单链DNA自组装而成。自2004年首次通过热退火构建DNA四面体以来，TDNs因其优异的结构稳定性和高度可编程的架构而在各种生物传感平台中得到广泛应用。DNA四面体具有高机械刚性和结构鲁棒性，同时使功能性DNA探针保持直立和明确的取向，从而减少空间位阻并提高杂交效率。此外，其低细胞毒性和高效细胞摄取使得在细胞内标志物检测和生物分子传递中得到广泛应用。
DNA四面体相对容易制造，具有高度的结构可编程性，允许精确控制其边长和顶点功能化。这种设计灵活性使得信号分子和纳米材料的位点特异性组织成为可能，使其成为多重生物传感和光学信号生成的理想平台。研究人员通过独立功能化DNA四面体的三条边，开发了能够同时检测三种不同目标的多重传感平台，每条边修饰有与特定miRNA互补的发夹探针，茎区掺入不同的荧光团/猝灭对。在靶标识别时，发夹结构打开，增加了荧光团与猝灭剂之间的距离，从而恢复荧光发射。该设计实现了三种miRNA靶标的同时和无干扰检测，并进一步应用于细胞内多重miRNA成像。此外，通过修饰边的设计，该策略成功扩展到同时检测三种核酸内切酶和三种蛋白靶标。
与常规单链核酸探针相比，TDNs在相同探针浓度下提供更多功能化位点，同时精确控制功能探针的空间排列。这些结构优势减少了空间位阻，增加了功能分子的局部浓度，并促进了更高效的核酸扩增反应。CRISPR/Cas12a辅助适配体传感器结合TDN加速的CHA用于检测黄曲霉毒素B1（AFB1）。CHA发夹探针（H1和H2）被固定在DNA四面体的四个顶点上。在AFB1存在时，靶标结合适配体抑制Cas12a激活，允许触发链启动CHA反应。H1和H2的交替开启随后诱导含有G4序列的TDN簇的组装。加入K
+离子后，G4结构形成，随后结合结晶紫（CV）产生荧光G4/CV复合物。
3.4 基于DNA水凝胶的荧光生物传感器
DNA水凝胶是通过互补DNA杂交、自组装或核酸扩增反应形成的三维水合网络。由于含水量高、多孔架构以及DNA固有的序列特异性和可编程性，这些水凝胶为功能DNA组件和纳米材料的功能组织提供了多功能平台。DNA水凝胶能够同时在单个三维基质内整合多种识别元件和荧光报道体，允许靶标识别、荧光激活、信号放大和靶标富集在单一平台中实现。
DNA水凝胶基荧光生物传感器是代表性实例，利用聚集诱导发光（AIE）。在该系统中，目标触发的DNA构建块自组装产生三维水凝胶网络，嵌入的AIE荧光团的空间受限导致强荧光发射。对于前列腺特异性抗原（PSA）检测，设计了含有PSA特异性适配体的DNA构建块，使其经历目标依赖性交联和水凝胶形成。在水凝胶内组装后，AIE荧光团的旋转和振动运动受到抑制，导致荧光增强。相反，PSA的存在诱导适配体-靶标结合，抑制水凝胶形成或改变水凝胶架构，从而降低荧光强度。该平台进一步在人类血清中，包括患者来源血清样本中得到评估，展示了其在临床相关样本中基于荧光的PSA分析的潜力。
DNA水凝胶还被用作高密度组织荧光纳米簇以实现信号放大的平台。在用于miRNA检测的DNA功能化水凝胶中，靶标识别序列和AgNC形成的模板被整合到同一水凝胶网络中。靶标识别后，杂交或链置换反应暴露富胞嘧啶序列，随后模板化AgNC形成。此外，将量子点（QD）整合到基于CRISPR的响应性DNA水凝胶中。在CRISPR/Cas13a介导的QD-DNA水凝胶平台中，靶标miRNA激活Cas13a-crRNA复合物，其附带反式切割活性切割嵌入尿嘧啶核糖核苷酸的发夹DNA，释放引物DNA。释放的引物DNA随后启动链置换（TMSD）扩增，产生多个DNA猝灭结构，与QD功能化的DNA组件组装形成QD-DNA水凝胶。
更近期地，DNA水凝胶的结构优势已被转化为实际分析平台。一种代表性实例将DNA水凝胶整合到三维打印的微提取器中，用于废水中游离抗生素耐药基因（fARGs）的直接荧光检测。水凝胶内高密度固定的DNA探针实现了复杂样品基质中的高效靶标捕获。靶标识别后，链置换扩增（SDA）产生扩增的DNA产物，诱导DNA水凝胶收缩，促进四苯乙烯（TPE）基聚集诱导发射（AIE）荧光团的聚集，导致荧光信号增强。该组合将样品富集、靶标浓缩、基于SDA的信号放大和荧光检测整合在单一集成平台中，并在养殖水、鱼类样本和环境水中得到验证。
3.5 其他空间组织的支架基荧光生物传感器
除上述代表性DNA纳米结构外，多种其他空间组织的支架也被开发为荧光生物传感平台。这些系统共享一个共同的设计原理：利用可编程DNA支架在空间上组织功能分子并调节荧光信号。早期研究主要集中于使用DNA支架调节荧光团的空间组织和发射性质。代表性实例是通过RCA组装的大面积DNA纳米阵列，其中荧光标记的DNA链被周期性地组织以精确控制荧光团之间的间距和相互作用。
更近期地，DNA纳米结构的应用已扩展到多功能三维DNA支架，这些支架具有重复的DNA序列和异常高的负载能力。这些架构进一步与CRISPR系统集成，用于细胞内和体内成像基因突变。代表性实例是集成纳米Cas12a传感器（InCasor），使用RCA生成的DNA/Mg
2+混合纳米花构建。纳米花支架在空间上组织Cas12a/crRNA复合物、环状荧光报道体（CLRs）以及细胞和线粒体靶向模块。在识别靶标线粒体DNA（mtDNA）突变后，激活的Cas12a通过荧光报道体的附带反式切割产生放大的荧光信号，实现对特定mtDNA突变的直接细胞内成像。
3.6 基于动态DNA纳米结构的荧光生物传感器
动态DNA纳米结构是能够对外部刺激进行结构重构、运动或重复分子运动的活性DNA平台。与静态DNA支架不同，这些动态架构将靶标识别事件转化为放大的荧光输出。这些通常与可编程的核酸反应（如链置换、CHA和DNAzyme）整合，以从单次靶标识别事件生成多个荧光信号。
DNA walker基荧光生物传感器通常设计为walker链沿预定义的DNA轨道迁移，依次激活多个荧光报道体。早期研究将三维双足DNA walker与CHA结合，其中目标诱导的walker运动引发连续的发夹组装反应，导致级联荧光信号放大。随后，DNA walker系统与酶介导扩增和受限反应环境整合以提高反应效率和信号放大性能。酶辅助的3D DNA walker-CHA平台被开发为病原体来源核酸的荧光生物传感器。该平台进一步在鸡肉和牛奶样本中得到评估，证明了其在复杂食品相关基质中细菌靶标检测的应用性。
DNA walker系统还与AuNPs结合以进一步增强walker移动性和荧光信号生成。组装在AuNPs上的单腿DNA walker利用纳米颗粒表面固定高密度DNA探针，将目标诱导的CHA与walker移动偶联，放大荧光信号。DNA walker系统还扩展到基于适配体的小分子传感。使用Nb.BbvCI切口酶的DNA walking机器将适配体识别与酶介导的DNA walker扩增整合，用于检测脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）。更近期地，DNA walker已演变为通过整合DNAzyme、CHA和基于CRISPR的分子调节系统变得越来越复杂的动态核酸电路。CHA-RNA切割DNAzyme连接介导的环形crRNA调节的DNA walker被开发用于检测动脉粥样硬化相关miRNA。此外，动态DNA扩增策略通过颗粒间相互作用的三维DNA walker得到扩展，用于HIV DNA检测。
4 基于DNA折纸的荧光生物传感器
DNA折纸提供了比传统DNA纳米结构更高的结构复杂性和空间控制，能够在单个纳米结构内数百个可寻址位点独立定位多种功能分子。与传统DNA纳米结构主要用于结构组装或局部信号放大不同，DNA折纸的特点在于其能够以纳米级精度组织功能组件，从而实现光学信号生成和转导的合理设计。DNA折纸基荧光生物传感器可根据其信号转导机制大致分为PEF、基于FRET的传感和非FRET荧光传感。
4.1 基于DNA折纸纳米天线的PEF生物传感器
基于DNA折纸的等离子体纳米天线已作为强大的PEF平台出现，其通过将荧光团精确定位在等离激体结构之间产生的局部电磁场内，实现荧光增强。与传统制造的具有随机分布热点的等离子体架构不同，DNA折纸能够对金属纳米粒子和纳米粒子与荧光团之间距离的位置进行纳米级控制，从而创建高度均匀的等离子体耦合环境，具有优异的荧光增强效率和重现性。
代表性实例是NACHOS平台，采用DNA折纸构建了开放的等离子体纳米天线架构，允许荧光团和靶分析物直接接触等离子体热点。这种开放配置最大化了等离子体-荧光团相互作用，实现了高达461倍的荧光增强，并实现了基于智能手机的单分子荧光检测。该平台进一步在人类血液血清中得到评估，展示了其在生物相关样本基质中基于荧光检测的潜力。DNA折纸基PEF纳米天线已广泛应用于核酸、蛋白和小分子生物标志物的检测。一种代表性研究使用纳米图案化DNA折纸，通过夹心杂交将靶DNA分子选择性定位在等离子体热点内，通过放大的荧光信号实现了aM水平的数字单分子检测，检测限为10 aM。此外，DNA折纸基等离子体纳米天线被用于单抗体检测，实现了约17倍的荧光增强。Au@Ag纳米星二聚体在DNA折纸上精确组装，并与ATP识别系统整合，实现了单分子ATP检测，等离子体热点产生的荧光增强高达65倍。
更近期地，DNA折纸基PEF平台已扩展到纳入替代等离子体纳米结构，如铑（Rh）。DNA折纸定向的Rh纳米立方体二聚体产生了能够高效增强蛋白质中色氨酸残基固有深紫外荧光的等离子体热点。通过将链霉亲和素分子定位在这些热点内，实现了仅基于蛋白质固有荧光的无标记单分子检测。
4.2 基于DNA折纸的FRET荧光生物传感器
DNA折纸的卓越结构可编程性使其成为基于FRET的荧光生物传感的理想平台，其中光学组件的精确空间组织至关重要。在DNA折纸架构中，靶标结合诱导的细微结构重排可以转化为定量荧光信号。与自由扩散的DNA探针不同，DNA折纸能够对荧光团-受体或荧光团-猝灭剂对的相对位置和取向进行纳米级控制，从而最小化非特异性背景信号并实现高信号背景比。
早期研究主要集中于将DNA折纸结构重排转化为FRET信号。代表性实例是ATP响应的DNA折纸杠杆，其掺入了split适配体，将ATP诱导的构象变化转化为供体-受体距离的变化，从而通过FRET实现ATP的定量检测。随后，DNA折纸基FRET生物传感器演变为将结构开合与链置换反应结合的平台。DNA origami"book"架构进一步利用了可逆的开合运动，能够同时排列多个荧光团-猝灭对，在靶标识别时实现荧光调制和多重靶标分析。更近期地，DNA折纸书传感器通过引入锁核酸（LNA）和2'-氟修饰的识别序列以及稳定化的连接体进行了优化，实现了血清和血浆中循环miRNA的直接检测，无需酶扩增。
DNA折纸基FRET生物传感器也被应用于单分子生物分析。通过精确控制单个适配体的位置和取向，DNA折纸实现了高度可靠的单分子FRET（smFRET）荧光生物传感。更近期地，DNA折纸基FRET传感器已演变为具有可重复使用传感能力的动态纳米器件。一种可重构的旋转DNA折纸纳米器件利用目标诱导的TMSD产生受控旋转运动，改变了荧光团-受体或荧光团-猝灭剂对之间的距离，产生可测量的FRET或荧光猝灭信号。此外，可逆的链交换实现了重复的靶标检测，克服了传统DNA折纸传感器的单次使用限制。
4.3 非FRET DNA折纸荧光生物传感器
与基于FRET的传感器不同，DNA折纸可以作为结构支架，用于精确排列荧光团、去除猝灭剂、激活荧光报道体以及组织酶介导的信号放大反应，从而实现不依赖FRET的多种荧光生物传感平台。一种代表性应用利用DNA折纸作为组织多个荧光报道体的支架。在DNA折纸基报道平台中，多个荧光团标记的DNA探针和靶标识别序列被整合到单个纳米结构中，产生了比传统单链DNA（ssDNA）探针显著更强的荧光信号，检测灵敏度达到fM水平。
DNA折纸还被用作荧光信号放大的受限反应平台。在DNA折纸表面掺入CHA电路的荧光生物传感器中，反应组分的空间限制缩短了发夹探针之间的距离，从而加速了反应动力学并提高了扩增效率。在该系统中，癌症相关miRNA miR-21触发发夹激活，导致猝灭剂去除和随后的荧光恢复，实现了高度灵敏的细胞内miRNA检测。DNA折纸还被用作空间可编程的支架，用于基于猝灭的荧光生物传感，其中荧光团-猝灭相互作用被精确组织以调节荧光生成。在双工皮质醇适配体传感器中，适配体-猝灭剂组件被空间组织在DNA折纸表面以稳定传感构型。此外，DNA折纸被用作实时监测细胞表面发生的分子相互作用的荧光传感接口。在细胞传感平台中，基于链置换的荧光团-猝灭剂传感器被空间组织在锚定到质膜的DNA折纸结构上。
进一步方向涉及工程化将目标诱导构象变化直接转化为荧光信号的动态纳米结构。代表性实例是仿生DNA NanoGripper，一种柔性DNA折纸纳米器件，设计用于捕获病毒颗粒。病毒刺突蛋白与适配体之间的结合诱导NanoGripper的构象变化，随后转化为荧光信号。通过整合基于光子晶体的荧光增强策略，生成的荧光被进一步放大，实现了对SARS-CoV-2的高度灵敏检测。该平台在人类唾液中得到进一步验证，展示了其在临床相关样本基质中直接病毒检测的应用性。
5 挑战与未来展望
基于DNA纳米结构和DNA折纸的荧光生物传感器已经发展迅速，但仍需解决多个技术挑战，包括结构稳定性、制造可扩展性、信号重现性和临床适用性，才能转化为实际诊断技术。主要挑战之一是维持DNA纳米结构在生理条件下的结构稳定性。DNA纳米结构易受核酸酶降解以及生理离子条件和pH波动引起的结构不稳定的影响。尽管已经开发了二氧化硅涂层和聚合物涂层等保护策略来提高结构稳定性，但这些方法可能降低DNA纳米结构表面的可及性并限制其功能可寻址性。因此，需要新的保护策略，在保持DNA折纸精确空间可编程性的同时增强生物稳定性。
确保信号重现性和定量分析可靠性是另一个重大挑战。自组装过程中的微小变化可能导致基于DNA纳米结构的传感器的批次间变异性。在PEF平台中，荧光增强对金属纳米结构的大小、形态和颗粒间距高度敏感。同样，在基于FRET的传感器中，荧光团标记效率和DNA纳米结构组装的变化可能增加背景信号并损害定量准确性。为了克服这些限制，应建立标准化的表征方法、严格的质量控制标准和可靠的定量校准系统。此外，将DNA纳米结构与高光学稳定性的光学材料（如量子点、上转换纳米颗粒和金属纳米簇）整合是克服常规荧光团固有光物理限制（包括光漂白和荧光闪烁）的有前景策略。
展望未来，基于DNA纳米结构的荧光生物传感器有望通过与新兴材料和先进数据分析技术的整合而进一步演变。基于机器学习和人工智能的荧光图像分析可以提高信号解释准确性并增强多重检测能力。此外，将基于DNA纳米结构的传感器与微流控系统和侧向流测定法整合，可能实现适合即时检测应用的完全集成的样本到答案诊断平台。
6 结论
DNA纳米结构和DNA折纸基荧光生物传感平台通过利用DNA固有的可编程性在纳米尺度精确组织功能组件而迅速进展。本综述总结了基于多种DNA纳米结构的荧光生物传感器的最新进展，包括TWJs、超支化和树枝状DNA架构、DNA水凝胶、TDNs和动态DNA纳米器件。这些平台通过实现可编程结构组织、靶标响应构象调控和高效的信号放大来增强荧光传感性能。此外，基于DNA折纸的荧光生物传感器根据其信号转导机制进行分类，包括PEF、基于FRET的传感和非FRET荧光策略，突显了DNA折纸在纳米尺度精确控制光学相互作用的独特能力。尽管取得了显著进展，但仍需进一步努力来克服与结构稳定性、可扩展制造、信号重现性和向实际诊断应用转化相关的挑战。DNA纳米结构和DNA折纸有望作为多功能分子工程平台，实现下一代具有改进灵敏度、多重检测能力和临床适用性的荧光生物传感器。
