完成单位：上海大学、祥符实验室、中国科学院上海微系统与信息技术研究所

完成人：王丽华，诸颖，闫庆龙，夏凯，冯世伦，赵建龙，李江，赵磊，樊春海

成果简介：面向人民生命健康，基于框架核酸的优异性能发展一系列高灵敏、高特异性生物探针用于生物体内特定靶标的选择性检测，为提升临床诊断能力提供新的思路。围绕影响活体的多种物理、化学和生物刺激，提出了使用可编程 DNA 纳米带自组装诱导增强荧光、电化学发光的概念，构建多功能框架核酸探针高灵敏检测多种功能分子，结构-功能同时分析揭示复杂物理、化学和生物反应过程和作用机制。围绕临床自动化检测的需求，研制了全流程的“样本进-结果出”生理样本核酸纯化、快速扩增和检测装备，研发基于生物微流控芯片的POCT诊断装备，为高通量、特异性检测提供了保障，有望为疾病的早期诊断和精准治疗提供新的手段。相关成果发表在Nature，Nat. Mach. Int.，Nat. Commun.，JACS，Angew.等期刊，授权发明专利多项。申请人团队获国家自然科学二等奖和上海市自然科学一等奖（4/5）、国家杰出青年基金以及优秀青年基金资助。

创新点及科学价值：发展多种基于框架核酸的新颖光学、电化学传感分析方法，极大提升了检测的灵敏度与通量。充分利用框架核酸可编程结构优势，增强靶标结合亲和力，开发具备高灵敏、多靶标检测性能的探针，特别在细胞内低丰度靶标检测中表现优越，提出了新型多模态检测原理。构建高时空分辨的智能分子机器，结合超分辨成像技术，为复杂细胞信号的精准监测提供新工具。创新性的构建通用性数字计算的DNA可编程门阵列（DPGA）解决分子靶标的线性分类问题，为传感检测的准确性和自动化提供了新型路径。设计集成了样品采集、富集、反应、分离检测等功能单元的微流控芯片，实现了临床样本中标志物的有效纯化、富集和检测。开发高通量POCT核酸检测一体机，结合多通道微流控芯片与片上磁控技术，满足临床精准快速检测需求。

社会经济效益：本成果引起了国内外同行的广泛关注和积极评价，基于框架核酸构建的一系列高灵敏、多功能生物探针，为精准检测重大疾病靶标分子提供了全新技术，开发的多模态荧光、电化学检测方法有望提升诊断准确性和效率。项目成果已获多项专利授权，并在检测设备开发和临床应用中展现了广泛潜力，其中大肠杆菌检测芯片及其仪器和核酸纯化POCT一体核酸诊疗检测芯片及其仪器，已经完成现场测试应用，并获得示范应用证明，进入推广应用阶段。

应用前景：框架核酸探针因具备优异的生物相容性、可编辑性、高稳定性和易制备性，在肿瘤等重大疾病的早期精准诊断中具有极大潜能。本成果发展了一系列高灵敏、高特异性的框架核酸探针，揭示其作用机制，研发基于生物微流控芯片的诊断设备，实现了对复杂样本的快速、高效检测。不仅推动了基础科学理论的深入发展，也为纳米诊疗试剂的开发、评估及临床应用提供了有效手段，为疾病早期诊断和精准医疗带来了可靠的技术支撑。