Biologische Sensoren spielen eine unverzichtbare Rolle in der klinischen Diagnostik, der Lebensmittelsicherheitsüberwachung und der Umweltüberwachung. Die analytische Anwendung von DNA-Aptameren als Signal moleküle in Biosensoren entwickelt sich rasch. Traditionelle monovalente DNA-Aptamere stoßen jedoch bei der Analyse komplexer Matrizen und heterogener Zielstrukturen oft auf Begrenzungen der Affinität und sind anfällig für Störungen durch die Mikroumgebung. In den letzten Jahren hat die rasche Entwicklung der nanostrukturierten DNA-Technologie zur Entstehung von multivalenten DNA-Aptamer-Erkennungsstrategien geführt, die neue Ansätze zur Überwindung dieser technischen Engpässe bieten. Dieser Artikel gibt einen systematischen Überblick über den neuesten Forschungsfortschritt bei hochleistungsfähigen Biosensorstrategien auf Basis multivalenter DNA-Aptamere. Zunächst werden die Kernmechanismen eingehend erörtert, wie multivalente Nanogerüste die präzise Steuerung der räumlichen Konformation an der Schnittstelle ermöglichen, sterische Hinderung überwinden und durch multivalente Kooperativität die Affinität des Detektors zum Ziel deutlich verbessern. Zweitens wird die zentrale Rolle multivalenter Systeme in der Signaltransduktion und kaskadenartigen Verstärkungsnetzwerken systematisch analysiert, wobei die Signalverstärkungsmechanismen als Plattformen zur Signal molekül-Aggregation und dynamische Reaktionsantriebe erläutert werden. Darüber hinaus werden die neuesten Anwendungsparadigmen dieser Technologie auf den drei Hauptsensplattformen – elektrochemisch, biomimetisch und optisch – zusammengefasst, wobei ihr herausragendes analytisches Leistungsvermögen bei der Analyse komplexer biologischer Proben besonders betont wird. Abschließend werden die Kernvorteile und Herausforderungen des Fachgebiets zusammengefasst und ein Ausblick auf das Entwicklungspotenzial in der sofortigen Diagnostik (POCT) und integrierten intelligenten Diagnose-Therapie-Plattformen gegeben, wodurch eine theoretische Grundlage für den Aufbau der nächsten Generation hochleistungsfähiger Biosensorplattformen geschaffen wird.

Multivalente DNA-Aptamere; Biosensoren; DNA-Nanotechnologie; kaskadierende Signalverstärkung; komplexe biologische Proben