核酸是能够存储遗传信息的功能性大分子生物分子。功能性核酸是一类具有特殊生物活性的生物分子，主要包括DNAzyme（DNA酶）和DNA适配体。DNAzyme最初由Breaker和Joyce在1994年通过体外筛选技术发现，尽管它们并非天然存在。这些合成的催化DNA分子由于其强大的可编程酶活性而得到了广泛应用[[1], [2], [3], [4]]。此外，通过重复的选择和扩增循环，可以从随机DNA序列库中获得适配体。在这个过程中，利用称为“指数富集的配体系统进化”（SELEX）[5]的方法，可以分离出对特定分子目标具有高亲和力和选择性的核酸配体。DNAzyme是能够催化特定生化反应的DNA分子，例如通过酶活性切割RNA磷酸二酯键。相比之下，DNA适配体是能够折叠成精确三维构象的核酸，从而实现对目标分子（包括蛋白质和小分子配体）的高亲和力和选择性结合。尽管两者都属于功能性核酸家族，但它们表现出根本不同的分子机制：DNAzyme具有催化功能，而DNA适配体则具有分子识别功能。由于这些独特的性质，这些分子已成为检测和分析多种生物大分子的强大工具。
DNAzyme是具有催化活性的单链DNA分子，在辅因子（如不同的氨基酸和金属离子）的帮助下，能够催化特定底物链的转化和RNA碱基的切割。此外，DNAzyme还作为许多生物和化学反应的催化剂[6,7]。例如，DNAzyme是表现出催化活性的单链DNA分子的典型例子。与基于蛋白质的酶（如核酸酶和蛋白酶）类似，这些DNA催化剂能够在金属离子辅因子的存在下驱动特定的化学反应[8]。一些DNAzyme被选为催化剂，用于催化各种生物转化，如DNA切割[9]、RNA切割[10]、RNA连接[11]。研究表明，与蛋白酶和核酸酶相比，DNAzyme具有更稳定的催化活性，同时合成简单、设计灵活、成本低廉且反应性强，使其成为潜在的临床诊断工具，适用于现场检测。
需要注意的是，DNAzyme在初始状态下并不具有催化活性，只有在与特定目标结合后才会被激活，进而切割相应的底物，产生可检测的信号[3,12]。通常，DNAzyme由一条底物链和一条与之通过沃森-克里克碱基互补配对原理匹配的酶链组成。DNAzyme系统由两个关键部分构成：一条含有单个核腺苷（rA）切割位点的底物链，以及一条包含约15个核苷酸的催化核心，两侧各有一个约10个核苷酸的结合臂，有助于目标分子的识别和结合[13]。目前已开发和广泛应用的各种离子依赖型DNAzyme包括对Pb2+、Zn2+、Mg2+、Cu2+、UO22+和Na+具有特异识别结构的DNAzyme[[14], [15], [16], [17], [18], [19]]。在金属离子的存在下，催化核心链会与金属离子结合并切割底物链，这使得DNAzyme成为高灵敏度和特异性检测金属离子的理想元件。
在DNAzyme结构中，8-17和10-23 DNAzyme是应用最广泛的两种（见图1）。由于它们具有高灵活性和出色的底物识别特异性，因此是非常理想的离子识别元件和信号放大器。其中，8-17 DNAzyme是最常用的RNA切割DNAzyme之一，它是通过第8轮和第10轮体外筛选后克隆并测序得到的，然后从第8轮中选取第17个克隆[20]。另一种高特异性的RNA切割DNAzyme是10-23 DNAzyme，它是从第10轮体外筛选中得到的第23个克隆，在切割多种底物的RNA反应中表现出显著的催化效率。
模拟过氧化物酶的DNAzyme是另一种重要的功能性核酸酶。这种DNAzyme含有高热稳定性的鸟嘌呤核酸序列，有利于功能性核酸的开发。富含G的四聚体在K+、Na+、NH4+或血红素的存在下会形成四聚体结构，从而能够模拟过氧化物酶的活性，用于传感器的构建[[21], [22], [23], [24], [25]]。
与其他对基于分子识别的便携式传感器中的DNAzyme进行全面总结的综述不同，本文采用了更广泛的视角，重点关注DNAzyme在构建多种类型传感器中的应用[26]。它进一步扩展了应用范围，涵盖了更多的应用领域。此外，虽然之前的综述文章已经广泛讨论了基于DNAzyme的生物传感平台，但本文特别强调了多重检测方法的最新进展，特别是它们与功能性纳米材料和微型便携式检测系统的协同集成。最后，我们总结了基于DNAzyme的传感工具的发展挑战和机遇。
基于DNAzyme的生物传感器分类
迄今为止开发的所有生物传感器都由两个基本且关键的组成部分构成：信号检测组件和仅以特定方式与目标分子结合的分子识别元件。在传统生物传感器的构建过程中，通常使用蛋白质。然而，当需要同时快速检测不同的目标分析物时，蛋白质很难被修改以适应不同的配体[27]。而DNAzyme则具有这样的优势
基于DNAzyme的传感工具的应用
DNAzyme因其独特的催化活性、分子识别能力和可编程设计而受到了广泛的研究关注[48]。最近的进展揭示了它们之外的更多优点：DNAzyme可以进行化学和功能修饰，并且可以精确地组装在电子传感器表面或纳米粒子基质上[49,50]。这些特性使得DNAzyme成为强大的分子识别工具
展望与未来
与天然存在的核酸酶不同，DNAzyme具有识别能力、催化活性、高选择性和设计灵活性等特性，使其成为构建生物传感器的理想选择。本文系统地概述了基于DNAzyme的生物传感工具的设计原理和工程策略，并深入讨论了它们在定量检测和分析各种化学和生物目标方面的新应用
作者贡献声明
黄珊：撰写——综述与编辑、初稿撰写、资金筹集、概念构思。景新怡：初稿撰写、实验研究、数据分析、数据管理。邵金：方法设计、实验研究、数据分析、数据管理。任晓明：数据可视化、资金筹集。陈晓军：综述与编辑、数据可视化、资金筹集。
