本文亮点
1. 本文总结了一系列DNA功能材料，并重点介绍了DNA适体材料的结构与功能。
2. 综述了DNA适体材料在细胞与外泌体分离领域的研究进展。
3. 综述了DNA适体材料生物分离在疾病监测领域的应用研究进展。
内容简介
DNA分子是由两条反向平行通过氢键互补配对的单链DNA形成的具有双螺旋结构的分子。DNA作为生物体内的主要遗传物质，虽仅由四种脱氧核糖核苷酸单体（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶）连接互补形成，但却担负着存储生物遗传信息、调控蛋白合成等重要生命活动的职责。目前在材料领域，DNA作为一种可设计的高分子材料展现出很高的应用价值。近年来发展了一系列具有精确结构的DNA材料，从纳米级的DNA纳米花、DNA框架，到DNA折纸，再到宏观的DNA水凝胶，这些DNA材料涵盖了从纳米材料到宏观材料各种尺寸。在DNA材料的设计过程中，可引入具有功能性的DNA结构，例如DNA适体。
DNA适体能够形成独特的二级结构，可以与包括细胞、蛋白、纳米囊泡在内的多种目标物质特异高效地结合。相较于同样具有特异性识别功能的抗体类物质，DNA适体具有分子量小易于修饰到载体材料上、热稳定性高不易失活、存储简便和成本低等优点。基于以上特点，DNA适体目前广泛应用于生物分析传感等领域。目前DNA适体的主要筛选方法是指数富集的配体系统进化技术（Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment，SELEX），该技术可以从随机单链DNA序列库中筛选出能够与目标物质有高度特异性亲和力的DNA适体，为DNA材料的生物学应用提供了更多可能。
从复杂的生物样品中高效分离目标生物颗粒，如细胞和外泌体等，对疾病检测、疾病治疗、单细胞分析等生物医学领域的应用至关重要。目前应用最为广泛的技术主要有磁激活细胞分选技术和荧光激活细胞分选技术等。DNA材料作为具有序列可编辑性的生物功能高分子，在细胞分离和生物检测领域有很好的应用潜力。本文对相关研究进行了概括总结，并进一步讨论了DNA材料在该领域的应用前景。
图文导读
图1 从纳米尺度到宏观尺度的常见DNA材料：（a）i-motif；（b）G-四链体；（c）DNA适体；（d）DNA纳米花；（e）DNA框架；（f）DNA网络
图2 用于DNA适体富集的SELEX示意图
图3 基于DNA适配体用于细胞分离的DNA材料。用于干细胞捕获的物理交联DNA网络的设计（a）通过RCA合成超长DNA链以获得三维DNA网络；(b) DNA网络形成过程中的分子扩散和相转化；(c) DNA网络捕获、包封以及释放细胞的过程
图4 的几种基于DNA的CTCs分离策略（a）基于DNA凝胶的CTCs包封和释放；（b）n-单纯形的TDF与细胞膜上EpCAM簇的诱导结合；（c）具有仿生纳米表面结构的微型芯片的构造、工作原理以及与肿瘤细胞多价结合进行检测的应用；（d）以DNA为导向的细胞表征
图5 基于DNA材料的外泌体分离技术（a）基于DNA核酸适配体的磁分离系统用于外泌体分离的示意图（b）Fe₃O₄@TiO₂-CD63适体的合成路线及外泌体分离的原理和过程
图6 用于检测肿瘤细胞外泌体的基于DNA材料的荧光和电化学适体传感器的设计（a）基于双信号放大的外泌体超灵敏检测平台示意图（b）用于外泌体高灵敏度检测的无标记电化学适体传感器示意图
通讯作者简介
姚池
天津大学化工学院副教授。主要研究方向为DNA功能高分子与生物分离分析。
仰大勇
天津大学化工学院教授。主要研究方向为DNA生物功能高分子。
原文刊载于【天津大学学报英文版】公众号
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