DNA 纳米机器人因优异的可编程性、生物相容性与可降解性，成为分子识别与信号放大的理想构筑单元，其中空间限定DNA步行器可通过分子识别与自驱动实现程序化链置换级联反应，大幅提升信号扩增效率。但传统 DNA 步行器存在随机组装、行走偏差、扩增速率不稳定等问题，而将核酸模板富集于磁珠、金纳米粒子等三维刚性载体上，可实现空间限域下的快速连续扩增，有效解决上述缺陷。
近日，我室黄克靖教授首次提出基于空间DNA纳米机器人与二维硫掺杂石墨炔协同的 “布上实验室” 电化学传感策略，实现甘蔗梢腐病病原菌的超精准电化学追踪。该平台创新性融合三大核心机制：空间限域 DNA 步行器系统，在识别靶标后启动可编程双链条置换扩增级联反应；硫掺杂石墨炔纳米阵列，提供强化的电子传输效率与催化电流密度；双信号读出策略，实现检测结果的自校验，有效消除假阳性。
首先，团队将AuNPs/S-GDY异质结构原位固定于柔性碳布基底，构建兼具高导电性与生物相容性的三维导电网络。当病原菌 DNA 结合时，空间限定 DNA步行器被激活，在 Phi29 DNA 聚合酶与 Nb.BbvCI 限制性内切酶协同作用下启动双链条置换扩增（SDA）循环，通过电位分辨信号解耦产生特征电流响应（图A）。随后，生物阴极固定的探针与输出 DNA 结合，触发 H2/H3 链杂交链式反应（HCR），形成 DNA 纳米结构并大量吸附 [Ru (NH₃)₆]³⁺电子媒介体；同时生物阳极葡萄糖氧化酶（GOD）催化葡萄糖氧化（图B），构建闭合回路产生可检测电流，完成双信号精准检测（图C）。
这项工作将空间DNA纳米机器人与二维石墨炔材料有机结合，建立了植物病害实时监测全新范式，其柔性布基基底、免外接电源、双信号自校验的特性，使其成为精准农业与可持续生物能源生产的变革性工具，为甘蔗梢腐病早期现场诊断提供了高灵敏、高通量、低成本的全新技术方案。
图1. 具有空间受限双重链置换扩增（SDA）反应的双电化学信号生物传感器平台制备流程
