2021年CAIA獎一等獎：非擴增型核酸傳感與成像分析新方法
完成單位：中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
完成人：繆鵬，唐玉國，董文飛
成果簡介：
該項目屬于分析化學應用基礎研究領域。項目針對多種類型的核酸指標，包括循環腫瘤DNA、呼吸道病毒核酸、miRNA、mRNA等，發展了系列非擴增型超靈敏傳感及成像新方法。系統研究了熒光納米材料、磁性復合納米材料、多孔納米材料等的制備、表面功能化及分析性能，拓展了其在分析測試領域的應用；結合新型功能材料創建了新一代核酸雜交鏈式反應靜態自組裝、DNA步行納米機器動態自組裝的信號放大原理，有效提升了目標核酸檢測的靈敏度及成像分辨率。相關成果發表論文多篇，得到了國內外同行的認可和高度評價，在生命分析化學領域產生了積極的影響。同時，相關核酸分析新方法已逐步在血站、醫院及公司推廣應用。
創新點及科學價值：
(1) 發展了新一代多維度的雜交鏈式反應組裝體系
經典的雜交鏈式反應設計簡單明確，信號放大效率高，具有無酶催化恒溫反應等一系列的優勢，然而針對特定的生物醫學分析測試應用，仍需對反應機理進行改進和修飾。例如，針對電化學傳感分析，隨著長鏈產物的延伸，附加的電信號分子所引發的響應會隨著與電極距離的增大而快速衰減。通過巧妙設計啞鈴型探針，成功組裝了扁平型的HCR組裝結構，顯著提升了傳感體系的信號強度，克服了傳統雜交鏈式反應在電化學體系應用上的缺陷；針對原位成像分析的應用，此外，先后發展的側鏈堆棧型HCR與二維HCR均極大提升了局部DNA靜態組裝的效率，為相應的應用提供了有力的理論和技術支撐。
(2) 發展了新型多足DNA步行器用于動態DNA結構調控及分析應用
目前，針對目標響應型的DNA動態調控策略往往需要特定的DNA序列設計或化學修飾，在實際分析測試應用的拓展中存在較大的局限性。通過對DNA步行器的三個組件（track, driver, walker）進行系統的研究與創新性設計，完成了多足步行器平臺技術的開發，不僅適用于包括DNA、RNA在內的多種核酸目標分析，也擴展至蛋白質、細胞器乃至細胞的多類型目標超靈敏分析。
(3) 巧妙結合系列功能納米探針材料，依托核酸檢測成像新原理實現了更高的分析性能
為了配合所開發的非擴增型核酸傳感成像新原理，在研究工作過程中創新性地開發了一系列納米材料。其性能指標均達到國際先進水平，為超靈敏檢測及成像應用提供了強有力的支撐。
社會經濟效益：
近年來核酸檢測在病原學診斷與腫瘤診斷上的發展非常迅速，特別是對病毒和非典型病原體的檢測已成為臨床關注的熱點。目前大部分核酸檢測依賴RT-PCR技術，而本項目開發的非擴增型高靈敏核酸檢測技術降低了反應條件及環境要求，同時能夠達到所需要的靈敏度等指標，滿足臨床應用的需求，為下一步技術升級提供了方向與保障，將產生重要的經濟和社會效益。
應用前景：
本項目從核心功能材料的制備修飾，到新型DNA靜、動態自組裝原理的探索，非擴增型生物傳感與成像技術的開發，體系完整。另一方面，相關工作的知識產權布局完善，相應技術具有較強的應用價值，在滿足應用指標要求的同時有助于進一步控制成本，為醫療衛生系統提供強有力的技術支持。
