近日，重点实验室卓颖教授团队在Accounts of Materials Research上发表了题为“Spatially Confined DNA Nanodevices for Sensing and In Situ Imaging of Biomolecules”的述评文章。该文系统回顾了团队近年来以DNA纳米材料为核心的生物传感研究脉络，并提出了面向真实生物样本应用的空间限域设计新思路。西南大学化学化工学院博士后刘捷为本论文第一作者，卓颖教授为通讯作者。

研究背景

作为一种新兴的功能探针，DNA纳米器件凭借碱基互补配对的高度可预测性与序列设计的可编程性，能够在纳米尺度上实现结构的精确构筑与功能的灵活集成。然而，在血清、细胞裂解液及活细胞等复杂生物环境中，DNA纳米器件普遍面临核酸酶降解、结构稳定性不足，以及由于低丰度靶标导致的分子碰撞效率低、界面反应动力学缓慢等瓶颈，严重限制了其从实验室走向实际临床应用。

研究内容

针对上述挑战，卓颖教授团队围绕“空间限域”这一核心策略，提出了系统性的解决方案。所谓空间限域，即在DNA探针周围构筑纳米尺度的受限微环境，从空间上调控探针的分布、构象及其与靶标的相互作用，使其更好地适配复杂生物样本的真实需求。在这篇AMR述评中，作者根据结构架构与功能特征，将空间限域DNA纳米器件归纳为腔体限域、表面限域、拓扑结构限域和网络限域四种代表性形式，并深入阐释了限域策略的双重作用机制：其一，通过物理屏蔽与结构约束，显著降低核酸酶降解和外界环境干扰，提升DNA纳米器件的稳定性；其二，通过局部富集反应组分、降低构象自由度、提高有效碰撞概率，有效加速界面反应动力学。这一机制层面的深入剖析，为后续高性能限域器件的理性设计奠定了重要理论基础。

基于上述设计原则，文章系统梳理了四类空间限域DNA纳米器件在复杂生物样本中的初步应用，涵盖血清与细胞裂解液中的生物标志物检测、疾病样本区分以及活细胞原位成像等方向。研究表明，空间限域策略能够协同提升DNA纳米器件稳定性与反应速率，使其更贴近临床复杂样本中的实际检测需求，为疾病的早期诊断和动态监测提供了有力工具。

研究意义

本研究不仅从机制上揭示了空间限域微环境对DNA纳米器件稳定性与反应动力学的双重增强效应，为克服DNA纳米技术在复杂生物应用中的固有瓶颈提供了扎实的理论依据；更为设计高灵敏、高特异的生物分析与成像工具开辟了新思路，对推动DNA纳米器件从实验室研究迈向临床实际诊疗应用具有重要的指导价值。

论文链接：https://pubs.acs.org/amrcda/article/doi/10.1021/accountsmr.6c00140/5343084