从体外设计和筛选得到的功能核酸，例如核酸适配体（Aptamer）和脱氧核酶（DNAzyme），具有分子识别和催化活性的功能，使得它们在生物分析和生物医学应用中发挥着重要的作用。然而，功能核酸在应用中也遇到一些挑战：首先功能核酸带负电荷，与细胞膜的亲和力较低，这使得它们不易直接被细胞摄取。其次，在细胞内环境中，功能核酸常常会被核酸酶降解。尽管许多新型的纳米载体已被开发负载功能核酸进入细胞，例如金纳米颗粒，氧化石墨烯和碳纳米管等。但这些纳米材料的应用仍存在一些未解决的问题，例如在细胞内功能核酸仍会和一些能与DNA 或 RNA 结合的蛋白结合，在这种非特异性结合的情况下往往容易产生假阳性信号等。因此，构建一种能解决以上问题的细胞内生物传感器是非常有意义的。
本实验室的杨黄浩教授课题组利用聚甲基丙烯酸（PMA）纳米胶囊包覆DNAzyme构建生物传感器实现活细胞中Zn2+、Pb2+的检测分析和成像。PMA纳米胶囊可以对游离的DNAzyme进行有效浓缩，显著提高DNAzyme对目标离子的响应效率。其次，PMA纳米胶囊具有优越的生物稳定性，在细胞内环境可以保护DNAzyme不被核酸酶降解。同时，PMA纳米胶囊的选择透过性可以排斥细胞内蛋白与DNAzyme产生非特异性结合，从而避免产生假阳性信号，而对于细胞内的Zn2+、Pb2+，则可以有效地进入胶囊内部与DNAzyme进行反应。研究还发现此聚合物纳米胶囊可以负载不同种类的功能核酸，可以扩展到其它目标物的检测，比如小分子多肽和代谢物等，在生物化学和生物传感领域具有良好的应用前景。
这一成果近期发表在Analytical Chemistry上，第一作者为博士研究生洪诚毅。
该论文作者为：Cheng-Yi Hong, Shu-Xian Wu, Shi-Hua Li, Hong Liang, Shan Chen, Juan Li, Huang-Hao Yang, Weihong Tan
Semipermeable Functional DNA-Encapsulated Nanocapsules as Protective Bioreactors for Biosensing in Living Cells
Anal. Chem., 2017, 89 (10), 5389-5394, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b0008