“HCR”：一种等温、无酶的核酸信号放大手段

  DNA扩增技术对生物分析和生物医学研究广泛应用。最常见的DNA扩增方法肯定就是聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction, PCR)。这种技术通过热稳定的DNA聚合酶和热循环仪器模拟生物体内的DNA复制过程从而实现对信号的放大，但是这种技术需要使用昂贵的热循环仪进行变温。为了克服这个问题，杂交链式反应(hybridization chain reaction，HCR)被开发了出来。HCR是由Dirks和Pierce于2004年提出的一种简单有效的等温扩增过程。在典型的HCR中，引发剂触发两种DNA发夹之间的级联杂交事件，导致形成具有数十到数百个重复单元的刻痕双螺旋，直到发夹耗尽。

  下图展示了HCR的原理，目标序列识别启动两个DNA发夹的交叉开放以形成DNA聚合物纳米线。简言之，在没有引发剂(I)的情况下，被动力学陷阱捕获的两种发夹探针(H1和H2)可以亚稳态共存(图1a)。由于I与发夹探针H1的互补序列高于H1自身互补的部分，所以当I(a*–b*)存在时会与的粘性端(结构域a)结合从而暴露出新的一段单链(c–b*)结构(图1b)。H1新暴露的结构域(c–b*)作为另一个引发剂与H2的粘性端(结构域c*)相互作用，导致释放与I相同的H2序列a*–b*，从而随后打开H1(图1c)。最后，可以通过交叉打开两个DNA发夹来生产DNA聚合物纳米线，直到H1或H2供应耗尽。

  图1 杂交链式反应原理图

  综上所述，HCR具有无酶和等温、可控的合成路线和良好的生物相容性等优点。因此，HCR已经成为了生物传感、生物成像和生物医学领域的强大扩增工具。未来还在临床诊断和治疗，能量存储和转移，和分子计算等领域拥有巨大的应用潜力。

  参考文献

  [1] Bi S, Yue S, Zhang S. Hybridization chain reaction: a versatile molecular tool for biosensing, bioimaging, and biomedicine. Chem Soc Rev. 2017 Jul 17;46(14):4281-4298. doi: 10.1039/c7cs00055c. PMID: 28573275.