近日，化生学院生物工程与传感技术北京市重点实验室许利苹教授团队在核酸检测方面取得重要研究进展，并在《ACS Nano》上发表研究性论文“Space-Confinement-Enhanced Fluorescence Detection of DNA on Hydrogel Particles Array”。

脱氧核糖核酸（DNA）的异常表达与多种疾病相关联，可作为生物标志物应用在疾病诊断、预后和治疗中。但是，痕量DNA的检测中面临着巨大的挑战。在溶液中，DNA捕获探针和目标物之间的识别依赖于它们之间的随机碰撞。对于超痕量DNA的检测，在传感过程中，探针分子在溶液中不断寻找目标DNA，由于传质效率低，反应时间长，大大地影响了传感性能。

针对以上挑战，许利苹教授研究团队开发了一种基于水凝胶颗粒的空间限域DNA传感器。通过调节水凝胶颗粒的化学组成和孔径，实现了DNA分子的限域分布。而且，水凝胶颗粒表面水分的蒸发，可以实现DNA分子进一步的浓缩富集。

图1. 水凝胶颗粒带电性质对DNA分布的影响

图2. 水凝胶颗粒孔径对DNA分布的影响

基于水凝胶颗粒对DNA分子的限域效应，利用氧化石墨烯对单双链DNA吸附能力的差异及其对荧光基团的淬灭性质，研究团队进一步开发了一种DNA的荧光传感器。与溶液中的荧光传感器相比，基于水凝胶颗粒的限域DNA传感器可大大增加反应物的局部浓度，将检测时间从3000秒缩短到10秒，实现了DNA分子的快速检测。

图3 基于水凝胶颗粒空间限域效应的DNA荧光传感

该研究构建了一种基于水凝胶颗粒的空间限域传感平台，实现了DNA分子在水凝胶外部水层的限域分布，并进一步地将其应用于DNA分子的快速检测中。这种基于水凝胶颗粒的限域传感平台制备简单，为痕量生物标记物的快速检测提供了新方法和新策略。

该研究由国家自然科学基金支持完成。论文通讯作者为许利苹教授，化生学院硕士生刘菲和博士生杨月萌为本论文共同一作。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c00157