近日，南京工业大学陈晓君团队在《Chinese Chemical Letters》上发表了题为“DNAzyme-based sensing tools”的综述论文（DOI：doi.org/10.1016/j.cclet.2026.112451）。DNAzyme是一种经由体外筛选技术人工合成的脱氧核糖核酸酶。鉴于DNAzyme具备催化活性、识别能力、卓越的热稳定性以及灵活的可设计性等独特性质，其在构建生物传感器领域展现出广阔的应用前景。通过将DNAzyme与具备独特物理化学特性的纳米材料相结合，科研人员已成功开发出众多创新型生物传感器。本综述着重阐述了基于DNAzyme的生物传感器的分类及其应用，涵盖RNA切割型DNAzyme（如8-17、10-23 DNAzyme）以及过氧化物酶模拟型DNAzyme。最后，本文还对该领域现存的一些风险与挑战进行了深度探讨。
与其他已发表的DNAzyme相关综述不同，本综述采用了更广阔的视角，重点关注DNAzyme在构建各种类型传感器中的应用。并且，进一步扩大了应用目标的范围，涵盖了更加丰富的应用领域。此外本文还特别强调了多重检测方法的最新进展，以及这些方法与功能性纳米材料和微型便携式检测系统的协同整合。最后，我们总结并讨论了基于DNAzyme的传感工具的发展挑战和机遇。
图1. 基于DNAzyme的传感工具工作原理图。
DNAzyme因其独特的催化活性、分子识别能力和可编程设计而引起了广泛的研究兴趣。近期的研究进展揭示了其除这些固有特性外的其他优点，包括DNAzyme可以进行化学和功能修饰，并可精确组装在电子传感器表面或纳米颗粒基质上。DNAzyme在传感器构建领域的快速发展，是基于其可以作为强大的分子识别组件和有效的信号放大器，用于痕量的分析物检测。值得注意的是，DNAzyme在复杂的生物环境中也可以表现出卓越的稳定性，与蛋白酶和其他核酸酶相比，其抗降解能力更强。这些优势特性促使人们广泛探索基于DNAzyme的生物传感器开发。迄今为止，DNAzyme探针系统已有效用于检测各种分析物，包括金属离子、核酸、蛋白质和细菌靶标等（图1）[1-4]。
图2 . （A）基于DNAzyme的电化学发光生物传感器检测miRNA-15的示意图。
经许可转载[5]。版权所有2025，美国化学会。（B）双环DNAzyme网络结构的示意图，该结构包含一个正反馈机制，用于miRNA-122的超灵敏荧光检测。经许可转载[6]。版权所有2025，美国化学会。（C）自供能生物传感器制备过程的示意图。经许可转载[7]。版权所有2025，Elsevier。
这些基于DNAzyme的微生物传感器，有几个前景优异的研究方向正成为当前深入研究的热点，包括用于床旁检测（POCT）的微流控集成平台、人工智能辅助的拉曼光谱分析算法，以及抵消基质干扰（尤其是来自复杂食物成分的干扰）的探针修饰策略等。具体的应用实例如，DNAzyme也可作为电化学发光（ECL）应用中的检测探针。ECL生物传感器将miRNA激活的DNAzyme开关（从关闭到开启）与发射近红外（NIR）光的纳米片层状碳点（NS-CDs）相结合，通过双重识别实现了超灵敏的miRNA-155检测（58.5 amol/L）。同时，通过低电位的NIR光照操作可将ECL的光损伤降至最低，显示出巨大的临床诊断潜力（图2A）[5]。值得注意的是，DNAzyme与工程纳米材料的策略性结合已成为提高基于荧光的生物传感器性能的关键，特别是通过改进信号放大和靶标识别两种技术手段。基于此，研究人员开发了一种简化的等温扩增系统，该系统结合了“toehold”介导的链置换和局部DNAzyme级联反应，无需复杂结构即可实现级联网络的信号放大效率。超顺磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子的策略性引入提供了双重优势：（1）通过改进DNAzyme定位效率显著提高了检测灵敏度（miRNA-122为84 zmol/L，提高了8个数量级）；（2）通过DNA-CdTe量子点探针的快速磁分离实现了加速检测动力学（< 15分钟）。这种纳米材料增强系统保持了优异的特异性、广泛的温度适应性（20-60°C）和低成本（< 0.5美元/次测试），在床旁诊断方面显示出优异的前景（图2B）[6]。近年来，将DNAzyme引入基于酶生物燃料电池的自供能生物传感器（EBFC-SPB）中，进一步提高了这些传感器的检测灵敏度。例如，一种创新的EBFC-SPB方法，将DNAzyme Walker与哑铃杂交链反应（DHCR）相结合，用于以35.3 amol/L的超低检测限对地中海贫血生物标志物TATA-28进行双重扩增检测。该系统采用Au@Zr-MOF/石墨炔杂化基底，其中靶标激活的DNAzyme会启动S0链的释放以触发DHCR扩增，随后形成电活性DNA纳米结构，这些结构能有效吸附[Ru(NH3)6]3+，并显著增强开路电压信号。该生物传感器表现出卓越的分析性能，其线性范围宽泛，可从0.1 fmol/L到10 nmol/L，并且在人血清样本中实现了90.1%至106.5%的回收率，使其成为临床诊断中早期地中海贫血筛查的可靠且灵敏的选择（图2C）[7]。
图3 . （A）微流控.生物传感器中集成的生物识别区域示意图
该区域通过分解电子条形码来响应目标物质。经许可转载[8]。版权所有2025年，Elsevier。（B）PCN-222(Fe)和PCN-222(Fe)/H3的制备过程示意图。基于DNA酶和催化发夹自组装的电化学传感平台用于沙门氏菌检测。经许可转载[9]。版权所有2025年，美国化学会。（C）大肠杆菌比色检测平台示意图。经许可转载[10]。版权所有2025年，Wiley。（D）FDPC-μ芯片工作原理示意图。经许可转载[11]。版权所有2025年，美国化学会。
在上述工作中，纳米材料所提供的高比表面积是实现高灵敏度的先决条件，而与纳米材料相关的其他检测优势仍在继续开发中。例如，基于RNA切割DNAzyme的微流控系统能够进行实时、无培养基的监测冷却塔水中的嗜肺军团菌（图3A）。该系统结合了RCD功能化的微凝胶MB，可释放电活性物质病原体识别时的DNA标记物，有助于实现实时电化学检测。通过对关键参数（包括峰电流、信号斜率和滞后时间）进行定量分析，该系统在缓冲液中的检测限为1.4×103 CFU/mL，在其他环境样本中的检测限为1.9×103 CFU/mL，符合冷却塔水样中菌群含量的监管要求。该方法为现场监测应用提供了一种实用的解决方案[8]。金属有机框架（MOF）材料可以作为与DNAzyme结合的理想载体，从而实现目标分析物的双信号检测。基于此一种新型比率型电化学生物传感器被设计出来，用于高灵敏检测沙门氏菌。通过靶标触发的催化发夹组装（CHA）将DNAzyme信号与MOF相结合[9]。该系统通过DNAzyme介导的RNase H2（STH2）释放特异性识别鼠伤寒沙门氏菌，同时切割rA位点以启动CHA扩增。此处，二茂铁（Fc）标记的H1 DNA被作为信号标签，Fe-MOF作为内部参照，建立了一种稳健的双信号输出策略（图3B）。使用城市水样进行验证，结果表明其灵敏度优于商业试纸，同时保持了更为出色的准确性。Mann团队对一种基于DNAzyme的比色水凝胶传感器进行了修饰，以实现裸眼检测病原体。在目标识别后，DNAzyme介导的水凝胶溶解会释放被包裹的金纳米颗粒（AuNPs），从而产生可见信号。通过优化水凝胶聚合过程并引入噬菌体辅助的DNAzyme扩增，该传感器能够在湖水（图3C）中检测到超低浓度（101 CFU/mL）的大肠杆菌。集成人工智能（AI）分析实现了96%的真阳性和100%的真阴性率。该传感器表现出卓越的选择性和稳定性，能够准确识别临床样本中与大肠杆菌相关的尿路感染（对照组中无假阳性）[10]。另一种与床旁检测兼容的方法是开发一种与荧光DNAzyme（FDz）集成的光子晶体微流控生物传感器（PC-μchip）（图3D）[11]。与传统的微流体技术相比，这项创新通过荧光技术将检测灵敏度提高了十倍，实现了对大肠杆菌的检测限达到100 CFU/mL。
近年来，基于DNAzyme构建的传感工具的开发和应用取得了显著进展，在检测常见且具有临床重要性的疾病方面展现出了巨大潜力。然而，要实现生物样本的可靠原位实时检测，仍需进一步提高灵敏度和准确性。这些进展将提供更稳健的诊断工具，并生成基础数据以支持临床决策。
本研究成果得到了国家自然科学基金（22304080）；江苏省高校自然科学基金（23KJB150011）；江苏省自然科学基金（BK20230310）；生命分析化学全国重点实验室（SKLACLS2305）；材料化学工程全国重点实验室（SKL–MCE–24B09）基金的支持。
通讯作者个人简介：陈晓君，女，副院长，博士、南京工业大学化学与分子工程学院教授、博士生导师、江苏省“青蓝工程”中青年学科带头人、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、牛津大学访问学者。研究方向为新型纳米结构组装、光/电化学生物传感、临床诊疗新方法和食品安全防控新技术。发表SCI论文100余篇，Adv. Funct. Mater.；Anal. Chem.；Chin. Chem. Lett.；Small；Food. Chem.等。主持国家重点研发计划课题、国家自然基金面上项目、江苏省自然基金面上项目等科研项目。
第一作者个人简介：黄珊，女，博士，南京工业大学化学与分子工程学院副教授、硕士生导师。研究方向为便携性传感器件的开发（试剂盒、试纸条）；医用新材料的开发；纳米抗菌研究。以第一作者或通讯作者在主流学术期刊上发表SCI论文21篇，包括Adv. Funct. Mater.；Anal. Chem.；Chin. Chem. Lett.；Small；CCS Chemistry；ACS Sens等，部分论文入选“Hot paper”和封面文章。主持了国家自然科学基金、江苏省青年基金、江苏省高等学校面上基金、博士后面上基金及多个重点实验室开放基金等科学基金项目。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cclet.2026.112451
出品｜CCL编辑部
供稿｜陈晓君、黄珊
审核｜王俊丽
审定｜郭焕芳
