近期，复旦大学仰大勇教授与天津大学姚池教授合作在国际权威期刊Nature Protocols 发表研究论文，系统报道了基于杂交链式反应（HCR）合成DNA纳米框架的分子设计、合成策略及其在生物传感和疾病治疗中的生物应用，为精准医学提供重要的材料化学基础。研究得到国家自然科学基金等资助支持。
图1. 基于杂交链式反应的DNA纳米框架用于生物传感和疾病治疗
面向生命健康的重大需求，发展结构功能精准可控、生物活性可调的材料，成为生物医用材料发展的国际前沿领域。从材料化学角度来看，脱氧核糖核酸（DNA）是一种生物功能高分子，凭借优异的序列可编程性、分子识别性和可调控的生物功能，已成为构建功能材料的理想组装基元。DNA功能材料兼具良好生物相容性、生物可降解性和分子识别能力，且保留DNA分子本身的生物学属性，在生物医用领域极具应用潜力。
仰大勇教授团队在DNA生物功能材料领域开展了系列研究，本文在这些研究的基础上系统总结了基于HCR的DNA纳米框架功能材料化学体系。HCR是一种简单高效的无酶扩增技术，引发链驱动两种DNA发卡级联组装，形成具有数十至数百个重复单元的长双链DNA。基于这一DNA扩增技术，研究团队利用沉淀聚合反应将丙烯酰胺修饰的DNA引发链（Acrydite-DNA）引入纳米框架中，驱动DNA发卡H1和H2-linker（“linker”序列通过碱基互补配对结合功能单元）在纳米框架内原位发生HCR，高效整合功能单元，组装过程条件温和，无需生化酶的参与。通过“linker”序列的定制化设计，DNA纳米框架体系可集成多种功能单元，例如，将“linker”设计为刺激响应性序列（semi-i-motif、ATP aptamer），实现纳米框架在细胞内的动态变构或药物分子的时空可控释放。同时，利用DNA纳米框架的温敏性实现大分子量药物分子的特异性识别（mRNA polyA尾识别polyT，Cas9蛋白识别sgRNA）和高效包封。DNA纳米框架通过聚合物框架结构保护DNA不被核酸酶降解，提高核酸功能单元的稳定性。此外，DNA纳米框架易于实现苯硼酸、三苯基膦、N,N'-双(丙稀酰)胱胺等多种功能基团的修饰，从而实现靶细胞的特异性识别、可调控的细胞内转运、亚细胞水平精准定位以及细胞内响应性解组装，极大拓展了DNA材料的生物功能。
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Hybridization chain reaction-based DNA nanoframeworks for biosensing and therapeutic applications
Zhaoyue Lv, Peiran Li, Mingxing Liu, Chi Yao & Dayong Yang
Nat. Protoc., 2025, DOI: 10.1038/s41596-025-01183-3
导师介绍
仰大勇
https://www.x-mol.com/university/faculty/382445
姚池
https://www.x-mol.com/university/faculty/382019
