Biosensoren spielen eine unverzichtbare Rolle in der klinischen Diagnostik, Lebensmittelsicherheitsprüfungen und Umweltüberwachung. Die analytische Anwendung von DNA-Aptameren als biosensorische Signalmoleküle entwickelt sich rasant. Traditionelle monovalente DNA-Aptamere stoßen bei der Analyse komplexer Matrices und heterogener Ziele häufig auf begrenzte Affinität und sind anfällig für Störungen durch die Mikroumgebung. In den letzten Jahren haben sich dank der raschen Weiterentwicklung der strukturellen DNA-Nanotechnologie multivalente DNA-Aptamersensorstrategien etabliert, die neue Ansätze bieten, um diese technischen Engpässe zu überwinden. Diese Arbeit gibt einen systematischen Überblick über die neuesten Forschungen zu leistungsstarken Biosensorstrategien auf Basis multivalenter DNA-Aptamere. Zunächst werden die Kernmechanismen multivalenter Nanogerüste zur präzisen Steuerung der räumlichen Konformation an der Schnittstelle, zur Überwindung sterischer Hinderung und zur deutlichen Verbesserung der Affinität des Sensors zum Ziel durch multisite-kooperative Effekte eingehend untersucht. Anschließend wird die zentrale Rolle multivalenter Systeme in Signaltransduktions- und kaskadierten Verstärkungsnetzwerken systematisch analysiert und ihr Signalverstärkungsmechanismus als Plattform zur Bündelung von Signalmolekülen sowie dynamischer Reaktionsmotor erläutert. Darüber hinaus werden die neuesten Anwendungsmuster dieser Technologie auf den drei Hauptsensorplattformen Elektrochemie, Biomimetik und Optik zusammengefasst, wobei die herausragende analytische Leistung bei der Analyse komplexer biologischer Proben besonders hervorgehoben wird. Abschließend werden die zentralen Vorteile und Herausforderungen dieses Fachgebiets zusammengefasst sowie die Entwicklungspotenziale für integrierte Plattformen zur Sofortdiagnostik (POCT) und intelligente Diagnose-Therapie-Kombinationen aufgezeigt, die eine theoretische Grundlage für den Aufbau der nächsten Generation leistungsstarker Biosensorplattformen bieten.

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