南昌大学许恒毅课题组TrAC：滚环扩增技术在生物传感器和DNA纳米技术中的最新应用

近日，南昌大学食品科学与技术国家重点实验室许恒毅研究员（点击查看介绍）（通讯作者）、刘巨（第一作者）等在国际化学顶级期刊TrAC Trends in Analytical Chemistry（中科院一区TOP，IF=14.908）发表了题为“Recent applications of rolling circle amplification in biosensors and DNA nanotechnology”的综述论文。

核酸恒温扩增技术有别于传统聚合酶链式反应（PCR）对复杂昂贵仪器的高度依赖，仅需简便仪器甚至无需仪器，就能够在恒温（37 ℃）或室温条件下快速扩增目的核酸片段，因此在体外诊断（IVD）、食品安全监测等领域得到了广泛关注。滚环扩增（RCA）作为一种易用的核酸恒温扩增技术，具有快速、灵敏、特异性高、稳健性好、可编程性强等优点，近年来被广泛应用于生物传感器构建和功能性DNA纳米材料开发等领域。在生物传感器构建方面，RCA技术可以作为一种通用高效的信号扩增器挂载在所设计的生物传感器框架中，实现检测信号的快速高效放大，同时兼具高特异性。基于RCA技术的生物传感器检测靶标不仅局限于DNA、RNA，通过修饰抗体或特异性适配子等识别分子的介导，许多非核酸靶标，如细胞、菌体、病毒衣壳、小分子、重金属离子等，也能成功实现检测。在功能性DNA纳米材料开发方面，RCA技术展现了其强大的高度可编程性优势，通过设计不同的RCA模板，设置不同的RCA反应条件，加入不同的辅助因子，RCA产物能够通过自组装形成多种多样的具有不同功能的DNA纳米材料。得益于DNA纳米材料的高负载量和核酸自身高度的生物相容性，这些功能性DNA纳米材料既可以携带信号探针，用于高效特异的体外或体内细胞成像，也可以负载靶向药物实现高效精准的药物递送和治疗。

在本综述中，作者首先详细介绍了RCA技术的基本原理和类型，同时讨论了影响RCA反应的常见因素，并提出了RCA反应条件优化的一些通用建议。随后作者回顾了近年来基于RCA技术的荧光、比色、电化学等生物传感器的研究现状，介绍了这些传感器的优点与不足。另一方面，作者介绍了基于RCA技术的DNA纳米材料在生物成像和药物递送等方面的研究现状，并根据文献资料介绍了一些影响RCA纳米材料合成的因素和优化方法。最后，作者总结了RCA目前的发展现状，并提出了一些可能的发展方向，如RCA工具酶的优化，开发新型RCA方法，扩展RCA应用领域，开发更多基于RCA的商业化体外诊断试剂等。相信该综述能够有助于研究者对RCA技术现状的了解，为RCA技术发展的潜在可能性提供新的见解。

图1. A) RCA模板环化方法，B) RCA类型和C) 基于RCA的信号输出方法 (Copyright 2023, Elsevier)。

图2. 基于RCA的荧光传感器 (Copyright 2023, Elsevier)。

图3. 基于RCA的比色传感器 (Copyright 2023, Elsevier)。

图4. 基于RCA的电化学传感器 (Copyright 2023, Elsevier)。

图5. 基于RCA的其他代表性方法(Copyright 2023, Elsevier)。

图6. RCA纳米材料合成策略举例(Copyright 2023, Elsevier)。

图7. 基于RCA的DNA纳米材料用于生物成像 (Copyright 2023, Elsevier)。

图8. 基于RCA的纳米材料用于药物递送和治疗 (Copyright 2023, Elsevier)。

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Recent applications of rolling circle amplification in biosensors and DNA nanotechnology

Ju Liu, Guoyang Xie, Sidi Lv, Qin Xiong, Hengyi Xu

Trends Anal. Chem., 2023, 160, 116953, DOI: 10.1016/j.trac.2023.116953

作者介绍

通讯作者：许恒毅，博士、研究员，博士生导师，南昌大学“赣江学者”特聘教授，食品科学与技术国家重点实验室固定研究人员。从事食品生物技术及纳米生物技术等与人类健康相关领域的研究和应用等工作。主持或主持完成了国家级及省部级研究项目近20项，以第一或通讯作者发表学术论文200余篇，以第一发明人身份获授权发明专利50余项，以第一或参与人身份获省部级科技一等奖4次。联系方式：HengyiXu@ncu.edu.cn

https://www.x-mol.com/university/faculty/183921 

第一作者：刘巨，南昌大学食品学院硕士研究生，主要研究方向为食源性致病菌的快速检测和生物传感器构建。联系方式：liuju@email.ncu.edu.cn