信使RNA（Messenger RNA，mRNA）是一類由DNA作為模版轉錄而來的攜帶有遺傳信息的單鏈核糖核酸，作用是指導蛋白質的合成。mRNA能夠參與許多細胞的級聯反應，并與多種疾病的發生發展關系密切。開發可靠靈敏的mRNA傳感及成像方法對于生物醫學研究、疾病的早期臨床診斷至關重要。熵驅動的鏈置換反應是一種低成本、高效率的核酸等溫擴增方法。該技術不依賴聚合酶或核酸酶的催化作用，在目標物的引發下自動觸發雜交反應與鏈置換反應，不僅可以作為DNA邏輯運算的反應手段之一，也為生物分子檢測的多重循環信號放大提供了有力的工具。

近期，蘇州醫工所繆鵬課題組發展了一種在三維DNA四面體界面反應的熵驅動鏈置換體系，進一步基于熒光探針和MnO2轉運載體構建了一種新型的無酶熒光生物傳感器，實現目標mRNA的高靈敏檢測與細胞內成像（圖1）。

圖1 基于熵驅動鏈置換策略的高靈敏mRNA檢測示意圖

構造的DNA四面體頂點處延伸有四條單鏈區域，提供了多個鏈置換位點；設計了另外三條單鏈DNA組裝雙鏈結構，用于初始熒光信號的淬滅及目標mRNA的識別。當發生特異性結合時，從雙鏈立足點區域起始級聯鏈置換反應，并逐步圍繞DNA四面體的懸垂單鏈形成完整的互補雙鏈，置換的mRNA用于目標循環。最終得到的三維DNA納米結構能夠顯著地恢復熒光發射，用于指示目標mRNA的細胞內水平。該傳感器的可行性分別通過熒光與電化學技術得到了驗證（圖2）。

圖2 熵驅動鏈置換反應的熒光和電化學表征

為了獲得最佳的分析性能，研究人員對一些關鍵參數進行優化后，實現了亞飛摩爾量級的靈敏度。本工作中發展的熒光生物傳感器靈敏度高、特異性好，具有廣闊的應用潛力。

相關結果以“Entropy-Driven Strand Displacements Around DNA Tetrahedron for Sensitive Detection and Intracellular Imaging of mRNA”為題發表在Small Structures (IF = 15.9)。論文第一作者為博士研究生朱金文，通訊作者為繆鵬研究員。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/sstr.202300420

審核編輯：劉清