生物傳感器在醫學研究和診斷中發揮著重要作用。但目前，生物傳感器通常必須針對每種應用進行專門開發。據麥姆斯咨詢介紹，由德國慕尼黑大學（LMU）化學家Philip Tinnefeld領導的研究團隊開發出了一種通用的模塊化策略，能夠針對各種目標分子和濃度范圍輕松設計生物傳感器。該研究成果以“Engineering Modular and Tunable Single Molecule Sensors by Decoupling Sensing from Signal Output”為題發表在Nature Nanotechnology期刊上。研究人員開發的新型模塊化傳感器平臺，有望大幅加快面向新型醫療診斷工具的生物傳感器開發。
模塊化生物傳感器設計平臺
該生物傳感器采用了一種DNA折紙（origami）支架，由分子“鉸鏈”連接的兩個臂組成。每個臂上都用熒光染料進行標記，通過熒光共振能量轉移（FRET）記錄標記之間的距離。在閉合狀態下，兩臂是平行的，而當結構打開時，兩臂向外折疊形成90°的角度。
該研究通訊作者Viktorija Glembockyte解釋說：“由于這種巨大的構象變化，熒光信號也會發生實質性變化。與構象變化較小的系統相比，大大提高了信號測量的清晰度和精確度。”
在單分子水平上研究和調整傳感器的響應窗口
這種折紙支架結構可搭載各種生物分子靶點（例如核酸、抗體和蛋白質）的對接位點。生物傳感器是打開還是閉合，取決于各目標分子與折紙支架的結合情況。因此，可以通過使用額外的結合位點或穩定DNA鏈，對生物傳感器進行有意的調整和優化。
Tinnefeld解釋說：“設計這種折紙結構相對比較容易，可以同時查詢目標分子和傳感器之間的多種分子相互作用。這些多重鍵會產生有趣的協同效應，從而有可能在不干預生物分子相互作用的情況下特異性地控制傳感器的靈敏度，也即，目標分子與其結合位點的對接強度。這種靈活性是該系統的一大優勢。”
該生物傳感器平臺擴展到不同的目標分子和檢測分析
研究人員計劃在未來進一步優化該生物傳感器平臺，以用于生物醫學和其它領域。Tinnefeld表示，這種傳感器的一個可能應用領域是監測各種參數，并在特定條件下釋放活性劑。
論文鏈接：
https://dx.doi.org/10.1038/s41565-024-01804-0
