Биосенсоры играют незаменимую роль в клинической диагностике, контроле безопасности пищевых продуктов и мониторинге окружающей среды. Аналитическое применение ДНК-аптамеров в качестве сигнальных молекул биосенсоров быстро развивается. Однако традиционные моноаптамерные ДНК-аптамеры часто сталкиваются с ограниченной аффинностью и подверженностью влиянию микроокружения при анализе сложных матриц и гетерогенных мишеней. В последние годы, благодаря быстрому развитию технологий структурированной ДНК в наноразмерном масштабе, появилась стратегия мультивалентного распознавания с использованием ДНК-аптамеров, что дало новый толчок для преодоления вышеуказанных технологических ограничений. В данной работе систематически обзор последних достижений в области высокоэффективных биосенсорных стратегий на основе мультивалентных ДНК-аптамеров. Во-первых, подробно рассмотрены ключевые механизмы точного управления пространственной конформацией интерфейса с помощью мультивалентных нанокаркасов, преодоления пространственных препятствий и значительного повышения аффинности детектора к мишени через кооперативный эффект нескольких сайтов связывания. Во-вторых, систематически проанализирована центральная роль мультивалентных систем в сигнальной трансдукции и каскадном расширении сетей, описаны механизмы усиления сигнала как платформы для кластеризации сигнальных молекул и динамического реакционного двигателя. Кроме того, подведены итоги передовых применений технологий в трех основных платформах: электрохимической, биомиметической и оптической, с особым акцентом на их превосходную аналитическую производительность при работе с сложными биологическими образцами. Наконец, обобщены ключевые преимущества и вызовы области, а также перспективы развития в пунктах оказания неотложной диагностики (POCT) и интегрированных интеллектуальных платформах диагностики и терапии, предоставляющие теоретическую базу для создания высокоэффективных биосенсорных платформ следующего поколения.

Мультивалентные ДНК-аптамеры; биосенсоры; ДНК-нанотехнологии; каскадное усиление сигнала; сложные биологические образцы