完成单位：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所

完成人：缪鹏，唐玉国，董文飞

成果简介：

该项目属于分析化学应用基础研究领域。项目针对多种类型的核酸指标，包括循环肿瘤DNA、呼吸道病毒核酸、miRNA、mRNA等，发展了系列非扩增型超灵敏传感及成像新方法。系统研究了荧光纳米材料、磁性复合纳米材料、多孔纳米材料等的制备、表面功能化及分析性能，拓展了其在分析测试领域的应用；结合新型功能材料创建了新一代核酸杂交链式反应静态自组装、DNA步行纳米机器动态自组装的信号放大原理，有效提升了目标核酸检测的灵敏度及成像分辨率。相关成果发表论文多篇，得到了国内外同行的认可和高度评价，在生命分析化学领域产生了积极的影响。同时，相关核酸分析新方法已逐步在血站、医院及公司推广应用。

创新点及科学价值：

(1) 发展了新一代多维度的杂交链式反应组装体系

经典的杂交链式反应设计简单明确，信号放大效率高，具有无酶催化恒温反应等一系列的优势，然而针对特定的生物医学分析测试应用，仍需对反应机理进行改进和修饰。例如，针对电化学传感分析，随着长链产物的延伸，附加的电信号分子所引发的响应会随着与电极距离的增大而快速衰减。通过巧妙设计哑铃型探针，成功组装了扁平型的HCR组装结构，显著提升了传感体系的信号强度，克服了传统杂交链式反应在电化学体系应用上的缺陷；针对原位成像分析的应用，此外，先后发展的侧链堆栈型HCR与二维HCR均极大提升了局部DNA静态组装的效率，为相应的应用提供了有力的理论和技术支撑。

(2) 发展了新型多足DNA步行器用于动态DNA结构调控及分析应用

目前，针对目标响应型的DNA动态调控策略往往需要特定的DNA序列设计或化学修饰，在实际分析测试应用的拓展中存在较大的局限性。通过对DNA步行器的三个组件（track, driver, walker）进行系统的研究与创新性设计，完成了多足步行器平台技术的开发，不仅适用于包括DNA、RNA在内的多种核酸目标分析，也扩展至蛋白质、细胞器乃至细胞的多类型目标超灵敏分析。

(3) 巧妙结合系列功能纳米探针材料，依托核酸检测成像新原理实现了更高的分析性能

为了配合所开发的非扩增型核酸传感成像新原理，在研究工作过程中创新性地开发了一系列纳米材料。其性能指标均达到国际先进水平，为超灵敏检测及成像应用提供了强有力的支撑。

社会经济效益：

近年来核酸检测在病原学诊断与肿瘤诊断上的发展非常迅速，特别是对病毒和非典型病原体的检测已成为临床关注的热点。目前大部分核酸检测依赖RT-PCR技术，而本项目开发的非扩增型高灵敏核酸检测技术降低了反应条件及环境要求，同时能够达到所需要的灵敏度等指标，满足临床应用的需求，为下一步技术升级提供了方向与保障，将产生重要的经济和社会效益。

应用前景：

本项目从核心功能材料的制备修饰，到新型DNA静、动态自组装原理的探索，非扩增型生物传感与成像技术的开发，体系完整。另一方面，相关工作的知识产权布局完善，相应技术具有较强的应用价值，在满足应用指标要求的同时有助于进一步控制成本，为医疗卫生系统提供强有力的技术支持。