CN116783306A - 用于单分子组织的基底 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于检测样品中存在的一种或多种分析物分子44的结构和方法。在一些实施方案中，所述一种或多种分析物分子44使用一种或多种耦接至基底例如固体支持物的超分子结构40来检测。在一些实施方案中，所述超分子结构40是双稳态的，其中所述超分子结构40通过与来自所述样品的一种或多种分析物分子44的相互作用而从不稳定状态转换为稳定状态。在一些实施方案中，所述稳定状态超分子结构40被配置为提供用于分析物分子检测和量化的信号。

Description

用于单分子组织的基底

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年11月30日提交的且标题为SUBSTRATE FOR SINGLE MOLECULEORGANIZATION的美国临时申请号63/119,316的优先权和权益，其公开内容特此以引用的方式整体并入本文。

背景技术

个性化医疗卫生服务的现状是绝大多数以基因组为中心的，主要专注于量化个体中存在的基因。虽然此种方法已被证明非常有力，但它并不能为临床医师提供个体健康的全貌。这是因为基因是个体的“蓝图”，并且它仅告知发展出小病的可能性。在个体内，这些“蓝图”首先需要被转录成RNA，并且然后翻译成各种蛋白质分子(细胞中真正的“演员”)，才能对个体的健康产生任何影响。

蛋白质的浓度、蛋白质之间的相互作用(蛋白质-蛋白质相互作用或PPI)，以及蛋白质与小分子之间的相互作用，都与不同器官的健康、稳态调节机制以及这些系统与外部环境之间的相互作用有着错综复杂的联系。因此，关于蛋白质以及PPI的定量信息对于在给定时间点创建个体健康的全貌以及对于预测任何出现的健康问题至关重要。例如，可通过测量外周血中存在的肌钙蛋白I/II和肌球蛋白轻链的浓度来推断心脏肌肉所承受的压力量(例如，在心脏病发作期间)。类似的蛋白质生物标志物也已被鉴定、验证并且被部署用于很多种器官功能障碍(例如，肝病和甲状腺病症)、特定的癌症(例如，结直肠癌或前列腺癌)和传染病(例如，HIV和寨卡病毒(Zika))。这些蛋白质之间的相互作用对于药物开发也是必不可少的，并且越来越成为广受欢迎的数据集。检测和量化给定的体液样品中蛋白质和其他分子的能力是此类医疗卫生服务发展的组成部分。

发明内容

本公开一般涉及用于检测和量化样品中的分析物分子的系统、结构和方法。

在一些实施方案中，本文提供了一种用于检测样品中的分析物分子的方法，所述方法包括：a)提供固体支持物；b)图案化固体支持物以在固体支持物上形成多个结合位点；以及c)将单个超分子结构与固体支持物上多个结合位点中的一个结合位点缔合，其中所述超分子结构包含：i)核心结构，其包含多个核心分子，ii)捕获分子，其在第一位置处连接至核心结构，和iii)检测分子，其在第二位置处连接至核心结构，其中超分子结构处于不稳定状态，使得检测分子被配置为通过在第二位置处切割它们之间的连接而与核心结构解除结合。

在一些实施方案中，本文提供了一种用于使用基底检测分析物分子的方法，所述方法包括：提供所述基底，所述基底包含多个结合位点，其中所述多个结合位点中的个别结合位点与多个超分子结构中的一个超分子结构缔合，所述超分子结构包含：核心结构，其包含多个核心分子，捕获分子，其在第一位置连接至所述核心结构，以及检测分子，其在第二位置处连接至所述核心结构，其中所述超分子结构处于不稳定状态，使得所述检测分子被配置为通过在所述第二位置处切割它们之间的连接而与所述核心结构解除结合；使所述样品与所述超分子结构接触，使得所述超分子结构从所述不稳定状态转变为稳定状态，其中所述检测分子和所述捕获分子通过与所述分析物分子结合而连接在一起，从而在所述检测分子与所述捕获分子之间形成连接，并且其中处于所述不稳定状态的每个超分子结构包含以预定距离间隔开的所述相应捕获分子和检测分子；提供触发物以在所述第二位置处切割所述检测分子与所述核心结构之间的连接，其中所述检测分子通过与所述捕获分子的连接保持与所述核心结构相连接，并且使得所述分析物分子与所述个别结合位点缔合；以及基于转变为所述稳定状态的所述超分子结构提供的信号检测所述分析物分子。在其他实施方案中，超分子结构不包括完整的检测分子，并且检测是通过单独的步骤介导的。

在一些实施方案中，本文提供了一种用于形成用于检测样品中分析物分子的基底的方法。所述方法包括以下步骤：提供基础层；在所述基础层上提供结合层；在所述结合层上沉积顶层；图案化所述顶层以暴露所述结合层的部分，所述暴露部分对应于所述结合层上的多个结合位点；并且提供与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合的超分子结构，所述超分子结构包含：核心结构，其包含多个核心分子；捕获分子，其在第一位置连接至所述核心结构，以及检测分子，其在第二位置处连接至所述核心结构，其中所述超分子结构处于不稳定状态，使得所述检测分子被配置为通过在所述第二位置处切割它们之间的连接而与所述核心结构解除结合，并且使得间隔开的所述相应捕获分子和检测分子在所述不稳定状态下处于预定距离，并且其中在稳定状态下，所述检测分子和所述捕获分子通过与所述分析物分子结合而连接在一起，从而在所述检测分子与所述捕获分子之间形成连接，其中所述检测分子通过与所述捕获分子的连接保持与所述核心结构相连接，并且使得所述分析物分子与所述个别结合位点缔合。

在一些实施方案中，本文所公开的任何方法还包括量化所述样品中所述分析物分子的浓度。在一些实施方案中，本文所公开的任何方法还包括鉴定所述检测到的分析物分子。在一些实施方案中，本文所公开的任何方法还包括当所述分析物分子以单个分子或更高的计数存在于所述样品中时基于所述信号检测所述分析物分子。在一些实施方案中，固体支持物与检测系统耦接或缔合，所述检测系统基于指示稳定状态的存在或形成的可检测变化在个别结合位点产生信号，作为超分子结构捕获或结合分析物的结果。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，所述样品包括复合生物样品，并且所述方法提供单分子敏感性，从而增加所述复合生物样品中一系列分子浓度的动态范围和定量捕获。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，所述分析物分子包含蛋白质、肽、肽片段、脂质、DNA、RNA、有机分子、无机分子、它们的复合物或它们的任何组合。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个超分子结构都是纳米结构。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个核心结构都是纳米结构。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个核心结构的所述多个核心分子排列成预定义形状和/或具有规定的分子量。在一些实施方案中，所述预定义形状被配置为限制或防止与另一个超分子结构的交叉反应性。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个核心结构的所述多个核心分子包含一个或多个核酸链、一个或多个支链核酸、一个或多个肽、一个或多个小分子或它们的组合。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个核心结构独立地包含支架脱氧核糖核酸(DNA)折纸(origami)、支架核糖核酸(RNA)折纸、支架杂交DNA:RNA折纸、单链DNA瓦片(tile)结构、多链DNA瓦片结构、单链RNA折纸、多链RNA瓦片结构、具有多个支架的分层组成DNA或RNA折纸、肽结构或它们的组合。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，所述触发物包括解构分子、触发信号或它们的组合。在一些实施方案中，所述解构分子包括DNA、RNA、肽、有机小分子或它们的组合。在一些实施方案中，所述触发信号包括光学信号、电信号或两者。在一些实施方案中，所述触发光学信号包括微波信号、紫外线照射、可见光照射、近红外线照射或它们的组合。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，所述相应分析物分子1)通过化学键与所述相应超分子结构的捕获分子结合和/或2)通过化学键与所述相应超分子结构的检测分子结合。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个超分子结构的所述捕获分子和检测分子独立地包含蛋白质、肽、抗体、适体(RNA和DNA)、荧光团、锚蛋白重复蛋白(darpin)、催化剂、聚合引发剂、聚合物(如PEG)或它们的组合。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，其中对于每个超分子结构：a)所述捕获分子通过捕获条形码连接至所述核心结构，其中所述捕获条形码包含第一捕获接头、第二捕获接头和设置在所述第一与第二捕获接头之间的捕获桥，其中所述第一捕获接头结合至与所述核心结构上的第一位置结合的第一核心接头，其中所述捕获分子和所述第二捕获接头通过结合至第三捕获接头而连接在一起，并且b)所述检测分子通过检测条形码连接至所述核心结构，其中所述检测条形码包含第一检测接头、第二检测接头和设置在所述第一与第二检测接头之间的检测桥，其中所述第一检测接头结合至与所述核心结构上的第二位置结合的第二核心接头，其中所述检测分子和所述第二检测接头通过结合至第三检测接头而连接在一起。在一些实施方案中，所述捕获桥和所述检测桥独立地包含聚合物核心。在一些实施方案中，所述捕获桥的聚合物核心和所述检测桥的聚合物核心独立地包含特定序列的核酸(DNA或RNA)或聚合物如PEG。在一些实施方案中，所述第一核心接头、第二核心接头、第一捕获接头、第二捕获接头、第三捕获接头、第一检测接头、第二检测接头和第三检测接头独立地包含反应性分子或DNA序列结构域。在一些实施方案中，每个反应性分子独立地包含胺、硫醇、DBCO、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、NHS-酯、特定序列的单链核酸(RNA或DNA)、一种或多种聚合物如PEG或聚合引发剂，或它们的组合。在一些实施方案中，捕获条形码与1)第一核心接头和/或2)第三捕获接头之间的键联包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，检测条形码与1)第二核心接头和/或2)第三检测接头之间的键联包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，触发物切割1)第一检测接头与第二核心接头和/或2)第一捕获接头与第一核心接头之间的键联。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，捕获分子通过化学键结合至第三捕获接头和/或检测分子通过化学键结合至第三检测接头。在一些实施方案中，捕获分子共价结合至第三捕获接头和/或检测分子共价结合至第三检测接头。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，处于所述不稳定状态的每个超分子结构包含相应捕获分子和检测分子，所述捕获分子和检测分子以预定的距离间隔开以便减少或抑制第一超分子结构的捕获分子和/或检测分子与第二超分子结构的对应捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，所述预定距离为约3nm至约40nm。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个超分子结构还包含连接至所述核心结构的锚定分子。在一些实施方案中，锚定分子经由锚定条形码连接至核心结构，其中锚定条形码包含第一锚定接头、第二锚定接头和设置在所述第一与第二锚定接头之间的锚定桥，其中第一锚定接头结合至与核心结构上的第三位置结合的第三核心接头，其中锚定分子连接至第二锚定接头。在一些实施方案中，锚定分子独立地包含胺、硫醇、DBCO、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、NHS-酯、特定序列的单链核酸(RNA或DNA)、一种或多种聚合物如PEG或聚合引发剂，或它们的组合。在一些实施方案中，锚定桥包含聚合物核心。在一些实施方案中，锚定桥的聚合物核心包含特定序列的核酸(DNA或RNA)或聚合物如PEG。在一些实施方案中，第三核心接头、第一锚定接头、第二锚定接头和锚定分子独立地包含锚定反应性分子或DNA序列结构域。在一些实施方案中，每个锚定反应性分子独立地包含胺、硫醇、DBCO、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、NHS-酯、特定序列的单链核酸(RNA或DNA)、一种或多种聚合物如PEG或聚合引发剂，或它们的组合。在一些实施方案中，锚定分子通过化学键连接至第二锚定接头。在一些实施方案中，锚定分子与第二锚定接头共价结合。在一些实施方案中，其中触发物进一步切割1)第二锚定接头与锚定分子，2)第一锚定接头与第三核心接头，或它们的组合。在一些实施方案中，第一位置和第二位置位于核心结构的第一侧，并且第三位置位于核心结构的第二侧。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，信号包括检测条形码、捕获条形码或它们的组合，对应于转变为稳定状态的超分子结构。在一些实施方案中，本文所公开的任何方法还包括将每个检测条形码与转变为稳定状态的至少一个超分子结构的对应检测分子分离，使得对应信号包括用于检测结合至相应捕获分子和检测分子的分析物分子的相应检测条形码。在一些实施方案中，每个分离的检测条形码提供对应于结合至相应检测分子的分析物分子的DNA信号。在一些实施方案中，使用基因分型、qPCR、测序或它们的组合来分析至少一种分离的检测条形码。在一些实施方案中，通过经由转变为稳定状态的一个或多个超分子结构的多路复用同时检测样品中的多个分析物分子。在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，每个超分子结构的捕获分子和检测分子被配置用于结合至一种或多种特定类型的分析物分子。

在一些实施方案中，对于包括使用本文所公开的多个超分子结构的任何方法，所述多个超分子结构的每个核心结构彼此相同。在一些实施方案中，每个超分子结构包括规定的形状、大小、分子量或它们的组合，以便减少或消除多个超分子结构之间的交叉反应。在一些实施方案中，每个超分子结构包含多个捕获分子和检测分子。在一些实施方案中，每个超分子结构包含规定的所述捕获分子和检测分子的化学计量以便减少或消除所述多个超分子结构之间的交叉反应。

在一些实施方案中，对于包括使用本文所公开的多个超分子结构的任何方法，每个超分子结构的所述不稳定状态还包括以预定距离间隔开以便减少或抑制所述多个超分子结构中的第一超分子结构与第二超分子结构的捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生的所述捕获分子和检测分子。在一些实施方案中，所述预定距离为约3nm至约40nm。在一些实施方案中，任何两个超分子结构之间的平均距离大于相应超分子结构的捕获分子与检测分子之间的预定距离。在一些实施方案中，任何两个超分子结构之间的平均距离大于相应超分子结构的捕获分子与检测分子之间的预定距离。在一些实施方案中，多个超分子结构附接至一种或多种固体基底。在一些实施方案中，一种或多种固体基底中的每种固体基底都包含平面基底和/或包含具有图案化表面或成形表面的平面基底，所述表面具有结合位点阵列。在一些实施方案中，多个超分子结构设置在基底上，其中基底包含多个结合位点，其中每个结合位点与对应的超分子结构缔合。在一个实施方案中，基底的结合位点阵列中的个别结合位点与至多一个超分子结构缔合，例如每个结合位点仅一个超分子结构。在一些实施方案中，分布在基底上的多个超分子结构被配置为检测相同的分析物分子。在一些实施方案中，多个信号传导元件被配置为与转变为稳定状态的至少一个超分子结构的检测分子连接。在一些实施方案中，每个信号传导元件包含荧光分子或微珠、荧光聚合物、高电荷纳米颗粒或聚合物。在一些实施方案中，基底上的所述多个超分子结构中的至少一个超分子结构被配置为检测与其他超分子结构中的至少一个不同的分析物分子。在一些实施方案中，用独特的条形码对个别超分子结构进行条形码化以将基底上的每个超分子结构彼此区分，从而鉴定基底上每个超分子结构的位置。在一些实施方案中，多个信号传导元件与转变为稳定状态的至少一个超分子结构的检测分子连接。在一些实施方案中，每个信号传导元件包含荧光分子或微珠、荧光聚合物、高电荷纳米颗粒或聚合物。

本文提供了一种用于形成基底的方法，所述方法包括：提供基础层；在所述基础层上提供结合层；在所述结合层上沉积顶层；图案化所述顶层以暴露所述结合层的部分，所述暴露部分对应于所述结合层上的多个结合位点；以及在每个结合位点处缔合分子或结构。在一个实施方案中，所述方法包括提供与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合的超分子结构，所述超分子结构包含核心结构，所述核心结构包含多个核心分子。核心结构可与一种或多种对分析物具有亲和力或结合至分析物的货物分子(cargo molecule)连接。本技术一般可用于组织单个分子，例如超分子结构的一个或多个核心结构，并且因此可用于多个不同领域。在一个实施方案中，本技术一般可用于组织单个量子点。

在一些实施方案中，对于本文所公开的任何方法，可进行额外的步骤以在分析物检测完成之后再生形成的基底。再生可包括去除全部或部分超分子结构。

在一些实施方案中，检测样品中的分析物或分析物分子。分析物可包括生物颗粒或生物分子。在一些实施方案中，分析物分子包括化合物、蛋白质、肽、肽片段、脂质、核酸、DNA、RNA、有机分子、病毒颗粒、外泌体、细胞器，或它们的任何复合物。在一些实施方案中，样品包括组织活检、血液、血浆、尿液、唾液、泪液、脑脊液、细胞外液、培养细胞、培养基、废弃组织、植物物质、合成蛋白、细菌和/或病毒样品或真菌组织，或它们的组合。

在一些实施方案中，本文提供了一种用于检测样品中的一种或多种分析物分子的基底，所述基底包含与对相应多个超分子结构缔合的多个结合位点，每个超分子结构包含：a)核心结构，其包含多个核心分子，b)捕获分子，其在第一位置处连接至所述超分子核心，以及c)检测分子，其在第二位置处连接至所述超分子核心，其中所述超分子结构处于不稳定状态，使得所述检测分子被配置为通过在所述第二位置处切割它们之间的连接而与所述核心结构解除结合；其中每个超分子结构被配置为通过所述检测分子、所述捕获分子和所述一种或多种分析物分子中的相应分析物分子之间的相互作用从所述不稳定状态转变为稳定状态；其中，在与触发相互作用后，转变为所述稳定状态的相应超分子结构提供用于检测所述相应分析物分子的信号。

在一些实施方案中，本文提供了一种用于检测样品中的一种或多种分析物分子的基底，所述基底包括：基础层；所述基础层上的结合层；图案化顶层，其暴露所述结合层的部分，所述暴露部分对应于所述结合层上的多个结合位点；以及超分子结构，其与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合。所述超分子结构包含：核心结构，其包含多个核心分子；捕获分子，其在第一位置处连接至所述超分子核心；以及检测分子，其在第二位置处连接至所述超分子核心，其中所述超分子结构处于不稳定状态，使得所述检测分子被配置为通过在所述第二位置处切割它们之间的连接而与所述核心结构解除结合，并且其中每个超分子结构被配置为通过所述检测分子、所述捕获分子和所述一种或多种分析物分子中的相应分析物分子之间的相互作用从所述不稳定状态转变为稳定状态。

在一些实施方案中，其中在与触发物相互作用后，连接至处于不稳定状态的超分子结构的每个检测分子与所述超分子结构解除结合。在一些实施方案中，所述多个超分子结构的每个核心结构彼此相同。在一些实施方案中，任何两个超分子结构之间的平均距离大于相应超分子结构的捕获分子与检测分子之间的预定距离。在一些实施方案中，基底包括固体支持物或固体基底。

在一些实施方案中，所述多个超分子结构的每个核心结构彼此相同。在一些实施方案中，每个超分子结构包括规定的形状、大小、分子量或它们的组合，以便减少或消除多个超分子结构之间的交叉反应。在一些实施方案中，每个超分子结构包含多个捕获分子和检测分子。在一些实施方案中，每个超分子结构包含规定的所述捕获分子和检测分子的化学计量以便减少或消除所述多个超分子结构之间的交叉反应。在一些实施方案中，每个超分子结构的所述不稳定状态还包括以预定距离间隔开以便减少或抑制所述多个超分子结构中的第一超分子结构与第二超分子结构的捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生的所述捕获分子和检测分子。在一些实施方案中，所述预定距离为约3nm至约40nm。在一些实施方案中，任何两个超分子结构之间的平均距离大于相应超分子结构的捕获分子与检测分子之间的预定距离。

在一些实施方案中，每种基底包括小部件、固体支持物、聚合物基质、固体基底或分子凝聚物。在一些实施方案中，任何两个超分子结构之间的平均距离大于相应超分子结构的捕获分子与检测分子之间的预定距离。在一些实施方案中，固体基底包括平面基底。在一些实施方案中，多个超分子结构设置在基底上，其中基底包含多个结合位点，其中每个结合位点被配置为与对应的超分子结构连接。在一些实施方案中，多个超分子结构被配置为检测相同的分析物分子。在一些实施方案中，多个信号传导元件被配置为与转变为稳定状态的至少一个超分子结构的检测分子连接。在一些实施方案中，每个信号传导元件包含荧光分子或微珠、荧光聚合物、高电荷纳米颗粒或聚合物。在一些实施方案中，所述多个超分子结构中的至少一个超分子结构被配置为检测与其他超分子结构不同的分析物分子。

在一些实施方案中，所述超分子结构包括规定的形状、大小、分子量或它们的组合，以便减少或消除与另一个超分子结构的交叉反应和/或与所述基底中的结合位点的大小和形状一致。在一个实施方案中，超分子结构在x-y平面中的尺寸被选择以符合或重叠结合位点大小和形状。为了促进仅一个超分子结构与一个结合位点的缔合，结合位点和超分子结构可被调整大小和塑形使得两个超分子结构不适配单个结合位点。在一个实施方案中，当与结合位点缔合时，超分子结构可在至少一个尺寸上小于个别结合位点。在一些实施方案中，所述超分子结构包含多个捕获分子和检测分子。在一些实施方案中，所述超分子结构包含规定的所述捕获分子和检测分子的化学计量以便减少或消除与另一个超分子结构之间的交叉反应。

附图说明

现在将参考附图描述所公开的装置、递送系统或方法的具体实施方案。此详细描述中的任何内容均无意暗示任何特定组分、特征或步骤对本发明是必要的。

图1A描绘了示例性超分子结构和相关的子组分。

图1B描绘了示例性超分子结构和相关的子组分。

图2描绘了示例性组装的基于三臂核酸结合部(junction)的超分子结构和相关子组分。

图3描绘了来自图2的基于三臂核酸结合部的超分子结构的示例性个别子组分。

图4描绘了对应于来自图2的基于三臂核酸结合部的超分子结构的子组分的示例性解构分子。

图5描绘了示例性组装的基于DNA折纸的超分子结构和相关子组分。

图6描绘了来自图5的基于DNA折纸的超分子结构的示例性个别子组分。

图7描绘了对应于来自图5的基于DNA折纸的超分子结构的子组分的示例性解构分子。

图8提供了在经历触发物(例如，与解构分子的相互作用)之前和之后处于不稳定状态的超分子结构的示例性描绘。

图9提供了在经历触发物(例如，与解构分子的相互作用)之前和之后处于稳定状态的超分子结构的示例性描绘。

图10提供了超分子结构在与分析物分子相互作用后从不稳定状态转变为稳定状态，以及在经历触发物(例如，与解构分子相互作用)之前和之后的相应构型的示例性描绘。

图11提供了超分子结构在与分析物分子相互作用后从稳定状态转变为不稳定状态，以及在经历触发物(例如，与解构分子相互作用)之前和之后的相应构型的示例性描绘。

图12提供了用于使用多个超分子结构检测和量化分析物分子的方法的示例性描绘。

图13提供了用于使用多个与平面基底附接的超分子结构检测和量化分析物分子的方法的示例性描绘。

图14提供了用于形成基底上的超分子结构的结合位点阵列的技术的示例性描绘，所述超分子结构包括DNA折纸。

图15提供了用于形成基底上的超分子结构的结合位点阵列的技术的示例性描绘。

图16提供了用于形成基底上的超分子结构的结合位点阵列的技术的示例性描绘。

图17提供了用于形成基底上的超分子结构的结合位点阵列的技术的示例性描绘。

图18提供了耦接至检测系统的基底的示例性描绘。

图19提供了耦接至场效应晶体管检测系统的基底的示例性描绘。

图20提供了耦接至光学检测系统的基底的示例性描绘。

图21提供了用于再生基底的工作流程的示例性描绘。

图22提供了用于形成基底上的超分子结构的结合位点阵列的技术的示例性描绘，所述超分子结构包括DNA折纸。

图23提供了用于形成基底上的超分子结构的结合位点阵列的技术的示例性描绘，所述超分子结构包括DNA折纸。

图24提供了用于形成基底上的超分子结构的结合位点阵列的技术的示例性描绘，所述超分子结构包括DNA折纸。

具体实施方式

本文公开了用于检测样品中存在的一种或多种分析物分子的结构和方法。在一些实施方案中，一种或多种分析物分子使用一种或多种耦接至基底例如固体支持物的超分子结构来检测。固体支持物可包含多个结合位点，其在个别结合位点接纳超分子结构。因此，基底为超分子结构提供单分子组织。在一个实例中，多个结合位点中的每个结合位点与单个超分子结构缔合。可在多个结合位点中的一个或多个结合位点检测分析物。基于超分子结构的图案化和放置，以及基底上每个超分子结构的特征，例如组分，可产生具有期望分析功能的阵列。

在一些实施方案中，一种或多种超分子结构被特别设计以最小化彼此之间的交叉反应性。在一些实施方案中，超分子结构是双稳态的，其中超分子结构通过与来自样品的一种或多种分析物分子的相互作用而从不稳定状态转变为稳定状态。在一些实施方案中，作为转换为稳定状态的结果，稳定状态超分子结构被配置为提供用于分析物分子检测和/或量化的信号。在一些实施方案中，信号是电信号、光学信号、电磁信号或DNA信号，使得分析物分子的检测和量化包括将分析物分子的存在转化为DNA信号。如本文所提供的与基底缔合的检测系统被配置为产生可归因于个别结合位点的信号。

样品

在一些实施方案中，样品包括包含蛋白质、肽、肽片段、脂质、DNA、RNA、有机分子、无机分子、它们的复合物或它们的任何组合的水性溶液。在一些实施方案中，样品中的分析物分子包含蛋白质、肽、肽片段、脂质、DNA、RNA、有机分子、无机分子、它们的复合物或它们的任何组合。在一些实施方案中，分析物分子包含完整蛋白质、变性蛋白质、部分或完全降解的蛋白质、肽片段、变性核酸、降解的核酸片段、它们的复合物或它们的组合。在一些实施方案中，样品获得自组织、细胞、组织和/或细胞的环境或它们的组合。在一些实施方案中，样品包括组织活检、血液、血浆、尿液、唾液、泪液、脑脊液、细胞外液、培养细胞、培养基、废弃组织、植物物质、合成蛋白、细菌样品、病毒样品、真菌组织或它们的组合。在一些实施方案中，样品分离自主要来源诸如细胞、组织、体液(例如，血液)、环境样品或它们的组合，所述样品经过纯化或未经过纯化。在一些实施方案中，使用机械过程或其他细胞裂解方法(例如，裂解缓冲液)裂解细胞。在一些实施方案中，使用机械过程(例如，离心)、微米过滤、色谱柱、其他过滤方法或它们的组合来过滤样品。在一些实施方案中，样品用一种或多种酶处理以去除一种或多种核酸或一种或多种蛋白质。在一些实施方案中，样品包含完整蛋白质、变性蛋白质、部分或完全降解的蛋白质、肽片段、变性核酸或降解的核酸片段。在一些实施方案中，样品收集自一个或多个个体、一种或多种动物、一种或多种植物或它们的组合。在一些实施方案中，样品收集自患有疾病或病症的个体、动物和/或植物，所述疾病或病症包括传染病、免疫病症、癌症、遗传疾病、退行性疾病、生活方式疾病、损伤、罕见疾病、年龄相关疾病或它们的组合。

超分子结构

在一些实施方案中，超分子结构是可在空间上组织分子的可编程结构。在一些实施方案中，超分子结构包含连接在一起的多个分子。在一些实施方案中，超分子结构的多个分子与彼此中的至少一些分子相互作用。在一些实施方案中，超分子结构具有特定形状。在一些实施方案中，超分子纳米结构具有基于超分子结构的多个分子的规定分子量。在一些实施方案中，超分子结构是纳米结构。在一些实施方案中，多个分子通过键、化学键、物理附接或它们的组合连接在一起。在一些实施方案中，超分子结构包含具有特定形状和分子量的大分子实体，其由明确定义数量的较小分子形成，所述较小分子彼此特异性地相互作用。在一些实施方案中，超分子结构的结构、化学和物理特性是明确设计的。在一些实施方案中，超分子结构包含多个子组分，所述子组分根据规定的距离间隔开。在一些实施方案中，超分子结构的至少一部分是刚性的。在一些实施方案中，超分子结构的至少一部分是半刚性的。在一些实施方案中，超分子结构的至少一部分是柔性的。

图1A和图1B提供了包含核心结构13和捕获分子2的超分子结构40的示例性实施方案。如图1A所示，在实施方案中，超分子结构40可包含检测分子1和锚定分子18。在一些实施方案中，超分子结构包含一个或多个捕获分子2和一个或多个检测分子1以及任选地一个或多个锚定分子18。在一些实施方案中，超分子结构不包含锚定分子。在一些实施方案中，超分子结构是多核苷酸结构。

在一些实施方案中，核心结构13包含连接在一起的一个或多个核心分子。在一些实施方案中，一个或多个核心分子包括2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、50、100、200或500个连接在一起的独特分子。在一些实施方案中，一个或多个核心分子包括约2个独特分子至约1000个独特分子。在一些实施方案中，一个或多个核心分子彼此相互作用并定义超分子结构的特定形状。在一些实施方案中，多个核心分子通过可逆的非共价相互作用彼此相互作用。在一些实施方案中，核心结构的特定形状是三维(3D)构型。在一些实施方案中，一个或多个核心分子提供特定的分子量。在一些实施方案中，核心结构13是纳米结构。在一些情况下，一个或多个核心分子包含一个或多个核酸链(例如，DNA、RNA、非天然核酸)、一个或多个支链核酸、一个或多个肽、一个或多个小分子或它们的组合。在一些实施方案中，核心结构包含多核苷酸结构。在一些实施方案中，核心结构的至少一部分是刚性的。在一些实施方案中，核心结构的至少一部分是半刚性的。在一些实施方案中，核心结构的至少一部分是柔性的。在一些实施方案中，核心结构包含支架脱氧核糖核酸(DNA)折纸、支架核糖核酸(RNA)折纸、支架杂交DNA/RNA折纸、单链DNA瓦片结构、多链DNA瓦片结构、单链DNA折纸、单链RNA折纸、单链RNA瓦片结构、多链RNA瓦片结构、具有多个支架的分层组成DNA和/或RNA折纸、肽结构或它们的组合。在一些实施方案中，DNA折纸是支架式的。在一些实施方案中，RNA折纸是支架式的。在一些实施方案中，杂交DNA/RNA折纸是支架式的。在一些实施方案中，核心结构包含DNA折纸、RNA折纸或杂交DNA/RNA折纸，其具有规定的二维(2D)或3D形状。

如图1所示，在一些实施方案中，核心结构13被配置为与捕获分子2、检测分子1、锚定分子18或它们的组合连接。在一些实施方案中，捕获分子2、检测分子1和/或锚定分子18在连接至核心纳米结构13时相对于其固定。在一些实施方案中，任意数量的一个或多个核心分子包含一个或多个核心接头10、12、14，所述接头被配置为与捕获分子2、检测分子1和/或锚定分子18形成键联。在一些实施方案中，任意数量的一个或多个核心分子被配置为与一个或多个核心接头10、12、14连接，所述接头被配置为与捕获分子2、检测分子1和/或锚定分子18形成键联。在一些实施方案中，一个或多个核心接头通过化学键连接至一个或多个核心分子。在一些实施方案中，一个或多个核心接头中的至少一个包含核心反应性分子。在一些实施方案中，每个核心反应性分子独立地包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，一个或多个核心接头中的至少一个包含DNA序列结构域。

在一些实施方案中，核心结构13连接至1)在核心结构上规定的第一位置处的捕获分子2，2)在核心结构上规定的第二位置处的检测分子1，以及任选地3)在核心结构上规定的第三位置处的锚定分子18。在一些实施方案中，指定的第一核心接头12被设置在核心结构上的第一位置处，并且指定的第二核心接头10被设置在核心结构上的第二位置处。在一些实施方案中，第一位置处的一个或多个核心分子被修饰以与第一核心接头12形成键联。在一些实施方案中，第一核心接头12是核心结构13的延伸。在一些实施方案中，第二位置处的一个或多个核心分子被修饰以与第二核心接头10形成键联。在一些实施方案中，第二核心接头10是核心结构13的延伸。在一些实施方案中，核心结构13的3D形状以及第一位置和第二位置的相对距离被指定以最大化捕获分子2与检测分子1之间的分子内相互作用。在一些实施方案中，核心结构13的3D形状以及第一位置和第二位置的相对距离被指定以获得捕获分子2与检测分子1之间的期望距离，以便最大化捕获分子2与检测分子1之间的分子内相互作用。

如本文所述，在一些实施方案中，捕获分子2与检测分子1之间的距离为约3nm、4nm、5nm、6nm、10nm、12nm、15nm、20nm、30nm或40nm。在一些实施方案中，捕获分子2与检测分子1之间的距离为约1nm至约60nm。在一些实施方案中，捕获分子2与检测分子1之间的距离为约1nm至约2nm、约1nm至约5nm、约1nm至约10nm、约1nm至约20nm、约1nm至约40nm、约1nm至约60nm、约2nm至约5nm、约2nm至约10nm、约2nm至约20nm、约2nm至约40nm、约2nm至约60nm、约5nm至约10nm、约5nm至约20nm、约5nm至约40nm、约5nm至约60nm、约10nm至约20nm、约10nm至约40nm、约10nm至约60nm、约20nm至约40nm、约20nm至约60nm或约40nm至约60nm，包括其中的增量。在一些实施方案中，捕获分子2与检测分子1之间的距离为约1nm、约2nm、约5nm、约10nm、约20nm、约40nm或约60nm。在一些实施方案中，捕获分子2与检测分子1之间的距离为至少约1nm、约2nm、约5nm、约10nm、约20nm或约40nm。在一些实施方案中，捕获分子2与检测分子1之间的距离为至多约2nm、约5nm、约10nm、约20nm、约40nm或约60nm。

在一些实施方案中，特定的第三核心接头14被设置在核心结构13上的第三位置处。在一些实施方案中，第三位置处的一个或多个核心分子被修饰以与第三核心接头14形成键联。在一些实施方案中，第三核心接头12是核心结构13的延伸。在一些实施方案中，第一位置和第二位置被设置在核心结构13的第一侧，并且任选的第三位置被设置在核心结构13的第二侧。

在一些实施方案中，捕获分子2包含蛋白质、肽、抗体、适体(RNA和DNA)、荧光团、纳米抗体、锚蛋白重复蛋白、催化剂、聚合引发剂、聚合物如PEG、有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，检测分子1包含蛋白质、肽、抗体、适体(RNA和DNA)、荧光团、纳米抗体、锚蛋白重复蛋白、催化剂、聚合引发剂、聚合物如PEG、有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，锚定分子包含反应性分子。在一些实施方案中，锚定分子18包含反应性分子。在一些实施方案中，锚定分子18包含有包含反应性分子的DNA链。在一些实施方案中，锚定分子18包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，锚定分子18包含蛋白质、肽、抗体、适体(RNA和DNA)、荧光团、纳米抗体、锚蛋白重复蛋白、催化剂、聚合引发剂、聚合物如PEG、有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，一对捕获分子2和对应的检测分子1连接至核心结构13。在一些实施方案中，多对捕获分子2和对应的检测分子1连接至核心结构13。在一些实施方案中，多对捕获分子2和对应的检测分子1彼此间隔开以最小化串扰，即最小化来自第一对的捕获分子和/或检测分子与来自第二对的捕获分子和/或检测分子的相互作用。

在一些实施方案中，超分子结构的每个组分可被独立地修饰或调整。在一些实施方案中，修饰超分子结构的一个或多个组分可修饰超分子结构本身的2D和3D几何形状。在一些实施方案中，修饰超分子结构的一个或多个组分可修饰核心结构的2D和3D几何形状。在一些实施方案中，此种独立地修饰超分子纳米结构组分的能力使得能够精确控制一种或多种超分子结构在固体基底(例如，平面表面)上和3D体积上(例如，在固体基底上形成的孔内)的组织。

捕获条形码

如图1A和图1B所示，在一些实施方案中，捕获分子2通过捕获条形码20连接至核心结构13。在一些实施方案中，捕获条形码20与捕获分子2形成键联，并且捕获条形码20与核心结构13形成键联。在一些实施方案中，捕获条形码20包含第一捕获接头11、第二捕获接头6和捕获桥7。在一些实施方案中，第一捕获接头11包含反应性分子。在一些实施方案中，第一捕获接头11包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第一捕获接头11包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二捕获接头6包含反应性分子。在一些实施方案中，第二捕获接头6包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、生物素、马来酰亚胺、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第二捕获接头包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，捕获桥7包含聚合物。在一些实施方案中，捕获桥7包含聚合物，其包含特定序列的核酸(例如，DNA或RNA)。在一些实施方案中，捕获桥7包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，第一捕获接头11在其第一末端处附接至捕获桥7，并且第二捕获接头6在其第二末端处附接至捕获桥7。在一些实施方案中，第一捕获接头11经由化学键附接至捕获桥7。在一些实施方案中，第二捕获接头6经由化学键附接至捕获桥7。在一些实施方案中，第一捕获接头11经由物理附接来附接至捕获桥7。在一些实施方案中，第二捕获接头6经由物理附接来附接至捕获桥7。

在一些实施方案中，捕获条形码20通过第一捕获接头11与第一核心接头12之间的键联连接至核心结构13。在一些实施方案中，如本文所述，第一核心接头12被设置在核心结构13上的第一位置处。在一些实施方案中，第一捕获接头11和第一核心接头12通过化学键连接在一起。在一些实施方案中，第一捕获接头11和第一核心接头12通过共价键连接在一起。在一些实施方案中，第一捕获接头11与第一核心接头12之间的键联在经历触发物时是可逆的。在一些实施方案中，触发物包括与解构分子(“捕获解构分子”，例如图4、图7中的参考字符30)的相互作用或暴露于触发信号。在一些实施方案中，捕获解构分子包含核酸(DNA或RNA)、肽、有机小分子或它们的组合。在一些实施方案中，触发信号包括光学信号。在一些实施方案中，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。

在一些实施方案中，捕获条形码20通过第二捕获接头6与结合至捕获分子2的第三捕获接头5之间的键联连接至捕获分子2。在一些实施方案中，第三捕获接头5包含反应性分子。在一些实施方案中，第三捕获接头5包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第三捕获接头5包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，捕获分子2通过化学键结合至第三捕获接头5。在一些实施方案中，捕获分子2通过共价键结合至第三捕获接头5。在一些实施方案中，第二捕获接头6和第三捕获接头5通过化学键连接在一起。在一些实施方案中，第二接头6和第三捕获接头5通过共价键连接在一起。在一些实施方案中，第二捕获接头6与第三捕获接头5之间的键联在经历触发物时是可逆的。在一些实施方案中，触发物包括与解构分子(“捕获条形码释放分子”，例如图4、图7中的参考字符31)的相互作用或暴露于触发信号。在一些实施方案中，捕获条形码释放分子包含核酸(DNA或RNA)、肽、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，触发信号包括光学信号。在一些实施方案中，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。

在一些实施方案中，经历触发物仅破坏第一捕获接头11与第一核心接头12之间的键联，从而在第一位置处破坏捕获分子与核心纳米结构13的键联。在一些实施方案中，捕获条形码20在与核心结构13和捕获分子2分离时被配置为提供用于检测分析物分子的信号。在一些实施方案中，从捕获条形码20提供的信号是DNA信号。

检测条形码

如图1A所示，在一些实施方案中，检测分子1通过检测条形码21连接至核心结构13。在一些实施方案中，检测条形码21与检测分子1形成键联，并且检测条形码21与核心结构13形成键联。在一些实施方案中，检测条形码包含第一检测接头9、第二检测接头4和检测桥8。在一些实施方案中，第一检测接头9包含反应性分子。在一些实施方案中，第一检测接头9包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第一检测接头9包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二检测接头4包含反应性分子。在一些实施方案中，第二检测接头4包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第二检测接头4包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，检测桥8包含聚合物。在一些实施方案中，检测桥8包含聚合物，其包含特定序列的核酸(例如，DNA或RNA)。在一些实施方案中，检测桥8包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，第一检测接头9在其第一末端处附接至检测桥8，并且第二检测接头4在其第二末端处附接至检测桥8。在一些实施方案中，第一检测接头9经由化学键附接至检测桥8。在一些实施方案中，第二检测接头4经由化学键附接至检测桥8。在一些实施方案中，第一检测接头9经由物理附接来附接至检测桥8。在一些实施方案中，第二检测接头4经由物理附接来附接至检测桥8。

在一些实施方案中，检测条形码21通过第一检测接头9与第二核心接头10之间的键联连接至核心结构13。在一些实施方案中，如本文所述，第二核心接头10被设置在核心结构13上的第二位置处。在一些实施方案中，第一检测接头9和第二核心接头10通过化学键连接在一起。在一些实施方案中，第一检测接头9和第二核心接头10通过共价键连接在一起。在一些实施方案中，第一检测接头9与第二核心接头10之间的键联在经历触发物时是可逆的。在一些实施方案中，触发物包括与解构分子(“检测解构分子”，例如图4、图7中的参考字符28)的相互作用或暴露于触发信号。在一些实施方案中，检测解构分子包含核酸(DNA或RNA)、肽、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，触发信号包括光学信号。在一些实施方案中，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。

在一些实施方案中，检测条形码21通过第二检测接头4与结合至检测分子1的第三检测接头3之间的键联连接至检测分子1。在一些实施方案中，第三检测接头3包含反应性分子。在一些实施方案中，第三检测接头3包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第三检测接头3包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，检测分子1通过化学键结合至第三检测接头3。在一些实施方案中，检测分子1通过共价键结合至第三检测接头3。在一些实施方案中，第二检测接头4和第三检测接头3通过化学键连接在一起。在一些实施方案中，第二检测接头4和第三检测接头3通过共价键连接在一起。在一些实施方案中，第二检测接头4与第三检测接头3之间的键联在经历触发物时是可逆的。在一些实施方案中，触发物包括与解构分子(“检测条形码释放分子”，例如图4、图7中的参考字符29)的相互作用或暴露于触发信号。在一些实施方案中，检测条形码释放分子包含核酸(DNA或RNA)、肽、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，触发信号包括光学信号。在一些实施方案中，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。

在一些实施方案中，经历触发物仅破坏第一检测接头9与第二核心接头10之间的键联，从而在第二位置处破坏检测分子与核心结构13的键联。在一些实施方案中，检测条形码21在与核心结构13和检测分子2分离时被配置为提供用于检测分析物分子的信号。在一些实施方案中，从检测条形码21提供的信号是DNA信号。

锚定条形码

如图1A所示，在一些实施方案中，锚定分子18通过锚定条形码连接至核心结构13。在一些实施方案中，锚定条形码与锚定分子18形成键联，并且锚定条形码与核心结构13形成键联。在一些实施方案中，锚定条形码包含第一锚定接头15、第二锚定接头17和锚定桥16。在一些实施方案中，第一锚定接头15包含反应性分子。在一些实施方案中，第一锚定接头15包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第一锚定接头15包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二锚定接头17包含反应性分子。在一些实施方案中，第二锚定接头17包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，第二锚定接头17包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，锚定桥16包含聚合物。在一些实施方案中，锚定桥16包含聚合物，其包含特定序列的核酸(例如，DNA或RNA)。在一些实施方案中，锚定桥16包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，第一锚定接头15在其第一末端处附接至锚定桥16，并且第二锚定接头17在其第二末端处附接至锚定桥16。在一些实施方案中，第一锚定接头15经由化学键附接至锚定桥16。在一些实施方案中，第二锚定接头17经由物理附接来附接至锚定桥16。在一些实施方案中，第一锚定接头15经由化学键附接至锚定桥16。在一些实施方案中，第二锚定接头17经由物理附接来附接至锚定桥16。

在一些实施方案中，锚定条形码通过第一锚定接头15与第三核心接头14之间的键联连接至核心结构13。在一些实施方案中，如本文所述，第三核心接头14被设置在核心结构13上的第三位置处。在一些实施方案中，第一锚定接头15和第三核心接头14通过化学键连接在一起。在一些实施方案中，第一锚定接头15和第三核心接头14通过共价键连接在一起。在一些实施方案中，第一锚定接头15与第三核心接头14之间的键联在经历触发物时是可逆的。在一些实施方案中，触发物包括与解构分子(“锚定解构分子”，例如图4、图7中的参考字符32)的相互作用或暴露于触发信号。在一些实施方案中，锚定解构分子包含核酸(DNA或RNA)、肽、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，触发信号包括光学信号。在一些实施方案中，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。

在一些实施方案中，锚定条形码通过第二锚定接头17与锚定分子18之间的键联连接至锚定分子18。如本文所公开，在一些实施方案中，锚定分子包含反应性分子、反应性分子、DNA序列结构域、包含反应性分子的DNA序列结构域或它们的组合。在一些实施方案中，锚定分子18通过化学键结合至第二锚定接头17。在一些实施方案中，锚定分子18通过共价键结合至第二锚定接头17。在一些实施方案中，第二锚定接头17与锚定分子18之间的键联在经历触发物时是可逆的。在一些实施方案中，触发物包括与解构分子(“锚定条形码释放分子”，例如图4、图7中的参考字符33)的相互作用或暴露于触发信号。在一些实施方案中，锚定条形码释放分子包含核酸(DNA或RNA)、肽、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，触发信号包括光学信号。在一些实施方案中，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。

在一些实施方案中，经历触发物仅破坏第一锚定接头15与第三核心接头14之间的键联，从而在第三位置处破坏锚定分子与核心结构13的键联。

在一些实施方案中，捕获解构分子、捕获条形码释放分子、检测解构分子和检测条形码释放分子包含相同类型的分子。在一些实施方案中，捕获解构分子、捕获条形码释放分子、检测解构分子和检测条形码释放分子包含不同类型的分子。在一些实施方案中，捕获解构分子、捕获条形码释放分子、检测解构分子、检测条形码释放分子、锚定解构分子和锚定条形码释放分子包含相同类型的分子。在一些实施方案中，捕获解构分子、捕获条形码释放分子、检测解构分子、检测条形码释放分子、锚定解构分子和锚定条形码释放分子包含不同类型的分子。在一些实施方案中，捕获解构分子、捕获条形码释放分子、检测解构分子、检测条形码释放分子、锚定解构分子和锚定条形码释放分子的任何组合包含相同类型的分子。

基于三臂核酸结合部的超分子结构

图2至图3提供了包含三臂核酸结合部和相关子组分的超分子结构40的示例性描绘。图2提供了完整的超分子结构，而图3提供了组成来自图2的超分子结构的子组分。在一些实施方案中，超分子结构的子组分包含五(5)条DNA链(参考字符20-24)、一(1)条具有末端修饰25的DNA链和两(2)个用单个DNA接头3、5修饰的抗体(1、2)。图4提供了配置为从图2中的超分子结构40切割相应子组分的相应解构分子的示例性描绘。图2至图4中的参考字符1至18对应于图1A中提供有相同参考字符的相应组分。

如图2至图3所示，在超分子结构的一些实施方案中，核心结构包含两条链，第一核心链23和第二核心链24，两条链各自包含部分互补的DNA序列结构域，其在图2至图4中分别标记为A和ā。

在一些实施方案中，核心结构的第一核心链23包含有包含DNA序列结构域的第一核心接头12。在一些实施方案中，第一核心链23包含图2至图4中标记为“A”的DNA序列结构域，其通过非结构化DNA区域与第一核心接头12分离。在一些实施方案中，非结构化DNA区域包含聚合物间隔物。在一些实施方案中，聚合物间隔物包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，聚合物间隔物包含聚合物诸如PEG。

在一些实施方案中，第一核心接头12与捕获条形码链20上的第一捕获接头11互补。在一些实施方案中，捕获条形码链20包含DNA链，所述DNA链包含在所述捕获条形码链20的任一端处的第一捕获接头11和第二捕获接头6。在一些实施方案中，第一捕获接头11包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二捕获接头6包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，捕获条形码链20还包含在第一捕获接头11与第二捕获接头6之间的独特捕获条形码序列7。在一些实施方案中，独特捕获条形码序列7包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，独特捕获条形码序列7包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，捕获条形码20包含称为toehold(“TH”)的短结构域。在一些实施方案中，捕获条形码序列7包含toehold(“TH”)。

在一些实施方案中，第二捕获接头6与第三捕获接头5互补。在一些实施方案中，第三捕获接头5是DNA序列结构域。在一些实施方案中，捕获分子2结合27至第三捕获接头5。在一些实施方案中，捕获分子2共价结合至第三捕获接头5。在一些实施方案中，捕获分子2是捕获抗体。

在一些实施方案中，核心结构的第二核心链24包含有包含DNA序列结构域的第二核心接头10。在一些实施方案中，第二核心链24包含图2至图4中标记为“ā”的DNA序列结构域，其通过非结构化DNA区域与第二核心接头10分离。在一些实施方案中，非结构化DNA区域包含聚合物间隔物。在一些实施方案中，聚合物间隔物包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，聚合物间隔物包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，第二核心链24还包含与序列结构域相邻的第三核心接头14。在一些实施方案中，第三核心接头14包含DNA序列结构域。

在一些实施方案中，第二核心接头10与检测条形码链21上的第一检测接头9互补。在一些实施方案中，检测条形码链21包含DNA链，所述DNA链包含在检测条形码区段21的任一端处的第一检测接头9和第二检测接头4。在一些实施方案中，第一检测接头9包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二检测接头4包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，检测条形码链21还包含在第一检测接头9与第二检测接头4之间的独特检测条形码序列8。在一些实施方案中，独特检测条形码序列8包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，独特检测条形码序列8包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，检测条形码21包含称为toehold(“TH”)的短结构域。在一些实施方案中，检测条形码序列8包含toehold(“TH”)。

在一些实施方案中，第二检测接头4与第三检测接头3互补。在一些实施方案中，第三检测接头3是DNA序列结构域。在一些实施方案中，检测分子1结合26至第三检测接头3。在一些实施方案中，检测分子1共价结合至第三捕获接头3。在一些实施方案中，检测分子1是检测抗体。

在一些实施方案中，第三核心接头14与锚定条形码链22上的第一锚定接头15互补。在一些实施方案中，锚定条形码链22包含DNA链，所述DNA链包含在锚定条形码区段22的任一端处的第一锚定接头15和第二锚定接头17。在一些实施方案中，第一锚定接头15包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二锚定接头17包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，锚定条形码链22还包含在第一锚定接头15与第二锚定接头17之间的独特锚定条形码序列16。在一些实施方案中，独特锚定条形码序列16包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，独特锚定条形码序列16包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，锚定条形码22包含称为toehold(“TH”)的短结构域。在一些实施方案中，锚定条形码序列16包含toehold(“TH”)。

在一些实施方案中，第二锚定接头17与锚定分子18互补。在一些实施方案中，锚定分子18包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，锚定分子18连接25至末端修饰34。在一些实施方案中，末端修饰34包含反应性分子。在一些实施方案中，末端修饰34包含反应性分子。在一些实施方案中，末端修饰34包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。

图4提供了可用于触发超分子结构40上的不同反应的解构分子的示例性实施方案。在一些实施方案中，检测解构分子28包含TH'结构域，其序列与检测条形码21上的TH结构域和第二核心链24上的第二核心接头10(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，检测解构分子28被配置为切割检测条形码21与核心结构(例如，第二核心链24)之间的连接。在一些实施方案中，检测条形码释放分子29包含TH'结构域，其序列与检测条形码21上的TH结构域和第三检测接头3(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，检测条形码释放分子28被配置为切割检测条形码21与检测分子1之间的连接。

在一些实施方案中，捕获解构分子30包含TH'结构域，其序列与捕获条形码20上的TH结构域和第一核心链23上的第一核心接头12(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，捕获解构分子30被配置为切割捕获条形码20与核心结构(例如，第一核心链23)之间的连接。在一些实施方案中，捕获条形码释放分子31包含TH'结构域，其序列与捕获条形码20上的TH结构域和第三捕获接头5(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，捕获条形码释放分子31被配置为切割捕获条形码20与捕获分子2之间的连接。

在一些实施方案中，锚定解构分子32包含TH'结构域，其序列与锚定条形码22上的TH结构域和第二核心链上的第三核心接头14(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，锚定解构分子32被配置为切割锚定条形码22与核心结构(例如，第二核心链24)之间的连接。在一些实施方案中，锚定条形码释放分子33包含“TH’”结构域，其序列与锚定条形码22上的“TH”结构域和锚定分子18(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，锚定条形码释放分子33被配置为切割锚定条形码22与锚定分子18之间的连接。

在一些实施方案中，每个不同的DNA结构域序列(参考字符1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、A、ā、TH、捕获条形码20、检测条形码21和锚定条形码22)独立地包含约2个核苷酸至约80个核苷酸的核酸序列。

基于DNA折纸的超分子结构

图5至图6提供了包含DNA折纸和相关子组分的超分子结构40的示例性描绘。图5提供了完整超分子结构，而图6提供了组成来自图5的超分子结构的子组分。在一些实施方案中，超分子结构的子组分包含DNA折纸13作为核心结构、三(3)条DNA链(参考字符20至22)、一(1)条具有末端修饰25的DNA链和两(2)个用单个DNA接头3、5修饰的抗体(1、2)。图6提供了配置为从图5中的超分子结构40切割相应子组分的相应解构分子的示例性描绘。图5至图7中的参考字符1至18对应于图1A中提供有相同参考字符的相应组分。

在一些实施方案中，核心结构13包含支架DNA折纸，其中称为“支架”链的环状ssDNA分子通过与2个或更多个称为“订书钉”链的短ssDNA相互作用折叠成预定义2D或3D形状，其与ssDNA“支架”链的特定子区段相互作用。

如图5至图6所示，在超分子结构的一些实施方案中，核心结构13包含DNA折纸。在一些实施方案中，核心结构13包含第一核心接头12，其包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第一核心接头12与捕获条形码链20上的第一捕获接头11互补。在一些实施方案中，捕获条形码链20包含DNA链，所述DNA链包含在所述捕获条形码链20的任一端处的第一捕获接头11和第二捕获接头6。在一些实施方案中，第一捕获接头11包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二捕获接头6包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，捕获条形码链20还包含在第一捕获接头11与第二捕获接头6之间的独特捕获条形码序列7。在一些实施方案中，独特捕获条形码序列7包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，独特捕获条形码序列7包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，捕获条形码20包含称为toehold(“TH”)的短结构域。在一些实施方案中，捕获条形码序列7包含toehold(“TH”)。

在一些实施方案中，第二捕获接头6与第三捕获接头5互补。在一些实施方案中，第三捕获接头5是DNA序列结构域。在一些实施方案中，捕获分子2结合27至第三捕获接头5。在一些实施方案中，捕获分子2共价结合至第三捕获接头5。在一些实施方案中，捕获分子2是捕获抗体。

在一些实施方案中，核心结构13包含第二核心接头10，其包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二核心接头10与检测条形码链21上的第一检测接头9互补。在一些实施方案中，检测条形码链21包含DNA链，所述DNA链包含在检测条形码区段21的任一端处的第一检测接头9和第二检测接头4。在一些实施方案中，第一检测接头9包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二检测接头4包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，检测条形码链21还包含在第一检测接头9与第二检测接头4之间的独特检测条形码序列8。在一些实施方案中，独特检测条形码序列8包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，独特检测条形码序列8包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，检测条形码21包含称为toehold(“TH”)的短结构域。在一些实施方案中，独特检测条形码序列8包含toehold(“TH”)。

在一些实施方案中，第二检测接头4与第三检测接头3互补。在一些实施方案中，第三检测接头3是DNA序列结构域。在一些实施方案中，检测分子1结合26至第三检测接头3。在一些实施方案中，检测分子1共价结合至第三捕获接头3。在一些实施方案中，检测分子1是检测抗体。

在一些实施方案中，核心结构13包含第三核心接头14，其包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第三核心接头14与锚定条形码链22上的第一锚定接头15互补。在一些实施方案中，锚定条形码链22包含DNA链，所述DNA链包含在锚定条形码区段22的任一端处的第一锚定接头15和第二锚定接头17。在一些实施方案中，第一锚定接头15包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，第二锚定接头17包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，锚定条形码链22还包含在第一锚定接头15与第二锚定接头17之间的独特锚定条形码序列16。在一些实施方案中，独特检测条形码序列16包含特定序列的核酸(DNA或RNA)。在一些实施方案中，独特检测条形码序列16包含聚合物诸如PEG。在一些实施方案中，锚定条形码22包含称为toehold(“TH”)的短结构域。在一些实施方案中，锚定条形码序列16包含toehold(“TH”)。

在一些实施方案中，第二锚定接头17与锚定分子18互补。在一些实施方案中，锚定分子18包含DNA序列结构域。在一些实施方案中，锚定分子18连接25至末端修饰34。在一些实施方案中，末端修饰34包含反应性分子。在一些实施方案中，末端修饰34包含反应性分子，其包含胺、硫醇、DBCO、NHS酯、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、特定序列的单链核酸(例如，RNA或DNA)，或聚合物(例如，聚乙二醇(PEG)或一种或多种聚合引发剂)。在一些实施方案中，超分子结构40不包含锚定分子18或缔合的核心接头14、锚定接头15、条形码16或锚定接头17，并且核心结构13直接与基底相互作用或接触基底，如本文所讨论的。

图6提供了可用于触发超分子结构40上的不同反应的解构分子的示例性实施方案。在一些实施方案中，检测解构分子28包含TH'结构域，其序列与检测条形码21上的TH结构域和核心纳米结构13上的第二核心接头10(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，检测解构分子28被配置为切割检测条形码21与核心结构13之间的连接。在一些实施方案中，检测条形码释放分子29包含TH'结构域，其序列与检测条形码21上的TH结构域和第三检测接头3(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，检测条形码释放分子28被配置为切割检测条形码21与检测分子1之间的连接。

在一些实施方案中，捕获解构分子30包含TH'结构域，其序列与捕获条形码20上的TH结构域和核心纳米结构13上的第一核心接头12(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，捕获解构分子30被配置为切割捕获条形码20与核心结构13之间的连接。在一些实施方案中，捕获条形码释放分子31包含TH'结构域，其序列与捕获条形码20上的TH结构域和第三捕获接头5(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，捕获条形码释放分子31被配置为切割捕获条形码20与捕获分子2之间的连接。

在一些实施方案中，锚定解构分子32包含TH'结构域，其序列与锚定条形码22上的TH结构域和核心纳米结构13上的第三核心接头14(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，锚定解构分子32被配置为切割锚定条形码22与核心结构13之间的连接。在一些实施方案中，锚定条形码释放分子33包含TH'结构域，其序列与锚定条形码22上的TH结构域和锚定分子18(例如，DNA序列结构域)互补。在一些实施方案中，锚定条形码释放分子33被配置为切割锚定条形码22与锚定分子18之间的连接。

超分子结构的稳定状态和不稳定状态

在一些实施方案中，超分子结构包括一种或多种稳定状态构型。在一些实施方案中，超分子结构包括一种或多种不稳定状态构型。在一些实施方案中，超分子结构包括具有稳定状态构型和不稳定状态构型的双稳态构型。在一些实施方案中，稳定和不稳定这两种状态是基于个别超分子结构在经历独特分子(例如，解构分子)和/或触发信号时保持结构完整的能力来定义的。在一些实施方案中，当超分子结构处于稳定状态时，则作为超分子结构一部分的所有不同组分甚至在暴露于解构分子和/或触发信号之后仍保持彼此物理连接。在一些实施方案中，当超分子结构处于不稳定状态时，则暴露于解构分子和/或触发信号导致超分子结构的限定区段(例如，一种或多种子组分)被物理切割，即与超分子结构解除结合(分离)。在一些实施方案中，超分子结构被配置为在与分析物分子相互作用后从稳定状态转变为不稳定状态(如本文所述)。在一些实施方案中，超分子结构被配置为在与分析物分子相互作用后从不稳定状态转变为稳定状态(如本文所述)。在一些实施方案中，触发超分子结构状态变化的分析物分子包括蛋白质、蛋白质簇、肽片段、肽片段簇、DNA、RNA、DNA纳米结构、RNA纳米结构、脂质、有机分子、无机分子，或它们的任何组合。

在一些实施方案中，处于不稳定状态构型的超分子结构包括这样一种物理状态，其中核心结构13与捕获分子2之间的键联可被切割，使得捕获分子2与核心纳米结构13解除结合。在一些实施方案中，不稳定状态构型包括这样一种物理状态，其中核心纳米结构13与检测分子1之间的键联可被切割，使得检测分子1与核心纳米结构13解除结合。在一些实施方案中，不稳定状态构型包括这样一种物理状态，其中核心纳米结构13与捕获分子2之间的键联和核心纳米结构13与检测分子1之间的键联可被切割，使得捕获分子2和检测分子1与核心纳米结构13解除结合。在一些实施方案中，核心纳米结构13与1)捕获分子2，2)检测分子1或3)两者之间的键联在经历触发物(例如，如本文所述的解构分子或如本文所述的触发信号)时被切割。图8提供了处于不稳定状态的超分子结构40的示例性描绘，其中检测分子1最初经由与检测条形码21的键联结合至核心结构13。继续参考图8，与解构分子42(例如，检测解构分子28)的相互作用随后切割检测条形码21与核心结构13之间的键联，使得检测分子1与核心纳米结构13解除结合。在一些实施方案中，在不稳定状态下，核心纳米结构13上的捕获分子2和检测分子1相对于彼此自由扩散，仅受核心纳米结构13的物理构型约束。

在一些实施方案中，稳定状态构型包括一种物理状态，其中在切割核心结构13与捕获分子2之间的键联后，捕获分子2保持结合至核心纳米结构13。在一些实施方案中，稳定状态构型包括一种物理状态，其中在切割核心纳米结构13与检测分子1之间的键联后，检测分子1保持结合至核心结构13。在一些实施方案中，稳定状态构型包括一种物理状态，其中捕获分子2和检测分子1相对于彼此位置接近。在一些实施方案中，检测分子1和捕获分子2相对于彼此位置接近，彼此之间有或没有明确的键形成。在一些实施方案中，检测1分子和捕获2分子相互连接。在一些实施方案中，检测1分子和捕获2分子通过化学键相互连接。在一些实施方案中，检测1分子和捕获2分子通过与位于捕获分子与检测分子之间的另一个分子的键联而连接在一起(例如，三明治结构)。在一些实施方案中，检测分子和捕获分子通过与来自样品(如本文所述)的分析物分子44的键联而连接在一起。图9提供了处于稳定状态的超分子结构40的示例性描绘，其中捕获分子2通过与分析物分子44的键联而连接至检测分子1。继续参考图9，与解构分子42的相互作用切割检测分子1与核心结构13之间的键联，但检测分子1通过与捕获分子2的键联保持结合至核心纳米结构13。如本文进一步所述的，在一些实施方案中，捕获分子和/或检测分子被配置为与来自样品的一种或多种特定类型的分析物分子形成键联。在一些实施方案中，与解构分子和/或触发信号的相互作用不切割捕获分子与检测分子之间的键联。

图10提供了从不稳定状态转变为稳定状态的超分子结构的示例性实施方案。如本文所述，处于不稳定状态构型的超分子结构40将在与对应的解构分子42(例如，检测解构分子28)和/或触发信号相互作用后与检测分子1分离(检测分子将与超分子结构解除结合)。继续参考图10，在一些实施方案中，与来自样品的分析物分子44的相互作用将捕获分子和检测分子与位于其间的分析物分子结合在一起(例如，三明治结构)，从而将超分子结构40从不稳定状态转变为稳定状态状态。在一些实施方案中，分析物分子44包含单个分子。在一些实施方案中，分析物分子改为包含多个分析物分子。在一些实施方案中，分析物分子改为包含分子簇。在一些实施方案中，如本文所述和图10所示，当超分子结构处于稳定状态时，与对应的解构分子的相互作用切割核心结构13与检测条形码21之间的键联，其中检测分子1通过与捕获分子2和分析物分子44的键联保持连接至核心结构13。

图11提供了从稳定状态转变为不稳定状态的超分子结构40的示例性实施方案。如本文所述，超分子结构40处于稳定状态构型，其中检测分子1在与对应的解构分子和/或触发信号相互作用后将保持连接至核心结构13，因为检测分子1连接至捕获分子2。继续参考图11，在一些实施方案中，与来自样品的分析物分子44的相互作用切割捕获分子2与检测分子1之间的键联，使得分析物分子44仅结合至捕获分子1，从而使超分子结构移动至不稳定状态，其中检测分子1仅通过与检测条形码21的键联结合至核心纳米结构13。在一些实施方案中，分析物分子44包含单个分子。在一些实施方案中，分析物分子改为包含多个分析物分子。在一些实施方案中，分析物分子改为包含分子簇。在一些实施方案中，如本文所述和图11所示，当超分子结构处于不稳定状态时，与对应的解构分子42的相互作用切割核心结构13与检测条形码21之间的键联使得检测分子1与核心结构13解除结合(分离)。

在一些实施方案中，超分子结构40在与分析物分子44相互作用后从稳定状态移动至不稳定状态，所述相互作用切割捕获分子2与检测分子1之间的键联，其中分析物分子44与检测分子1结合。捕获分子2因此在与对应的解构分子42(例如，捕获解构分子30)相互作用后与核心结构13解除结合。

用于检测分析物分子的方法

如本文所述，在一些实施方案中，一种或多种超分子结构能够检测样品中的一种或多种分析物分子。在一些实施方案中，超分子结构将关于样品中给定分析物分子的存在的信息转化为DNA信号。在一些实施方案中，DNA信号对应于位于超分子结构上的捕获条形码或检测条形码，其中捕获分子和检测分子同时连接至分析物分子(例如，三明治结构)。在一些实施方案中，位于任何不稳定的超分子结构上的捕获条形码和/或检测条形码使用触发物诸如解构分子和/或触发信号与其解除结合。在一些实施方案中，DNA信号相应地被测序，并且随后被鉴定并与特定分析物分子相关联。因为，如本文所提供的，每个超分子结构40可包含至少一个独特条形码，分析物结合事件的位置和超分子结构从不稳定状态到稳定状态的转换可通过条形码序列与基底上的特定结合位点相关联。

在一些实施方案中，如本文所述，检测分析物分子的存在包括可控地将单个或多个独特核酸分子释放到溶液中，以用于鉴定以及量化来自样品的分析物分子的特性，所述特性触发超分子结构的状态变化。在一些实施方案中，所述独特核酸分子由相应超分子结构的捕获条形码和/或检测条形码提供。在一些实施方案中，如本文所述，检测分析物分子的存在包括产生与状态变化相关的光学信号或电信号，所述信号可被计数以量化溶液中分析物分子的浓度。

在一些实施方案中，通过多路复用同时检测样品中的多个分析物分子，其中多个超分子结构提供多个用于测序和分析物鉴定的信号(例如，检测条形码、捕获条形码)。在一些实施方案中，本文所述的用于检测样品中的分析物的方法通过使用多个超分子结构提供高通量和高多路复用能力。在一些实施方案中，高通量和高多路复用能力为分析物分子检测和量化提供了高精度。在一些实施方案中，本文所述的用于检测样品中的分析物的方法被配置为快速且以高敏感性和可再现性表征和/或鉴定生物聚合物，包括蛋白质分子。在一些实施方案中，多个超分子结构被配置为限制交叉反应性相关错误。在一些实施方案中，此类交叉反应性相关错误包括超分子结构的捕获分子和/或检测分子与另一超分子结构的捕获分子和/或检测分子相互作用(例如，分子间相互作用)。在一些实施方案中，多个超分子结构的每个核心结构彼此相同。在一些实施方案中，每个超分子结构的结构、化学和物理特性是明确设计的。在一些实施方案中，相同的核心结构具有规定的形状、大小、分子量、规定的捕获分子和检测分子数量、对应的捕获分子与检测分子之间的预定距离(如本文所述)、对应的捕获分子与检测分子之间的规定的化学计量或它们的组合，以便限制超分子结构之间的交叉反应性。在一些实施方案中，每个核心结构的分子量相同并且精确到核心分子的纯度。在一些实施方案中，每个核心结构具有至少一个捕获分子和至少一个对应的检测分子。

在一些实施方案中，多个超分子结构独立地与来自样品的不同分析物分子相互作用，因为状态变化(从不稳定到稳定)主要由分子内相互作用(同一超分子结构上的捕获分子和检测分子)驱动。在一些实施方案中，多个超分子结构可能由于某些子组分相同而共享结构类似性，然而来自样品的分析物分子与超分子结构之间的相互作用由对应的捕获分子和检测分子限定。在一些实施方案中，给定超分子结构上的每对检测分子和捕获分子可特异性地与样品中的特定分析物分子相互作用，导致超分子结构在与特定分析物分子相互作用后发生状态变化。在一些实施方案中，每个超分子结构包含对应于相应检测分子和捕获分子对的独特DNA条形码。在一些实施方案中，给定超分子结构上的一对检测分子和捕获分子被设计为与样品中的多于一个分析物分子相互作用。

在一些实施方案中，每个超分子结构都针对单分子敏感性进行配置，以确保在典型的复合生物样品中定量捕获广泛范围的分子浓度所需的最高可能动态范围。在一些实施方案中，单分子敏感性包括给定超分子结构的捕获分子和检测分子，其被配置为通过与单个分析物分子结合从不稳定状态转变为稳定状态(或反之亦然)。在一些实施方案中，多个超分子结构限制或消除了减少非特异性相互作用以及任何用户引起的错误所需的样品操作。

在一些实施方案中，多个超分子结构附接至一种或多种固体基底，例如平面基底或图案化基底。图12提供了一种用于使用一种或多种超分子结构检测样品中一种或多种分析物分子的示例性方法。在一些实施方案中，包含一种或多种分析物(例如，分析物池102)的样品与一种或多种超分子结构40(例如，超分子结构池100)接触。在一些实施方案中，如本文所述，多个超分子结构被提供为附接至一种或多种固体基底以用于如本文提供的单分子组织。在一些实施方案中，样品与超分子结构接触约30秒至约24小时的时间段。在一些实施方案中，样品与超分子结构一起孵育约30秒至约1分钟、约1分钟至约5分钟、约5分钟至约30分钟、约30分钟至约1小时、约1小时至约5小时、约5小时至约12小时、约12小时至约24小时、约24小时至约48小时的时间段。

继续参考图12，在一些实施方案中，超分子结构均处于不稳定状态(如用参考字符100所示)。在一些实施方案中，并且如本文所述，分析物分子与对应的捕获2分子与检测1分子之间的相互作用将相应超分子结构从不稳定状态转变为稳定状态(例如，具有捕获分子、分析物分子和检测分子的三明治结构，如用参考字符104所示)。在一些实施方案中，特定类型的分析物分子将与特定的捕获分子和检测分子对结合。在一些实施方案中，给定的捕获分子和检测分子对被配置为与多于一种类型的分析物分子结合。在一些实施方案中，对于任何给定的超分子结构，从不稳定状态到稳定状态的切换取决于与其结合的特定捕获分子和检测分子以及样品中的分析物分子。在一些实施方案中，鉴于超分子结构的状态变化主要取决于分子内相互作用(位于超分子结构上的组分)，两个不同超分子结构之间的潜在分子间相互作用通过限制组合溶液中超分子结构的网络浓度而被最小化或消除，使得任何两个超分子结构之间的平均距离大于给定超分子结构上的捕获分子和检测分子对之间的最大分子内距离。

如图12参考字符104所示，在接触样品之后，超分子结构中的至少一个通过与分析物分子的相互作用转变为稳定状态(例如，三明治结构，其中捕获分子、分析物分子和检测分子同时连接在一起)，而超分子结构中的至少一个仍处于不稳定状态，因为相应捕获分子和检测分子不与来自样品的分析物分子结合或相互作用。

在样品与超分子结构接触规定的时间量后，样品和超分子结构的组合溶液(如图12所示)经历触发物以切割检测分子与核心结构之间的键联(参考字符106)。在一些实施方案中，触发物包括将包含一种或多种解构分子(例如，检测解构分子，来自图4、图7的参考字符28)的溶液引入组合溶液。在一些实施方案中，触发物包括使组合溶液经历触发信号。在一些实施方案中，触发物包括在组合溶液中引入解构分子和使组合溶液经历触发信号的组合。在一些实施方案中，如本文所述，解构分子包含核酸(DNA或RNA)、肽、有机小分子或它们的组合。在一些实施方案中，如本文所述，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。在一些实施方案中，组合溶液经历触发物规定的时间量。在一些实施方案中，组合溶液与一种或多种解构分子一起孵育规定的时间量。在一些实施方案中，组合溶液与解构分子一起孵育约30秒至约24小时的时间段。在一些实施方案中，组合溶液与解构结构一起孵育约30秒至约1分钟、约1分钟至约5分钟、约5分钟至约30分钟、约30分钟至约1小时、约1小时至约5小时、约5小时至约12小时、约12小时至约24小时、约24小时至约48小时的时间段。

如图12参考字符106所示，在一些实施方案中，使组合溶液经历触发物切割超分子结构的检测分子与核心结构之间的键联，诸如检测条形码(例如，来自图1的参考字符21)与核心结构13之间的键联。在一些实施方案中，切割通过核酸(DNA/RNA)链置换、光学切割、化学切割、本领域已知的另一种技术或它们的组合来实现。对于转变为稳定状态的超分子结构，检测分子1显示为经由与对应的捕获分子2的键联保持连接至核心结构13。对于保持在不稳定状态的超分子结构，检测分子显示为从相应超分子结构解除结合112。在一些实施方案中，解除结合的检测分子1保持连接至相应检测条形码21。

在一些实施方案中，解除结合的检测分子1(和对应的检测条形码21)进一步从组合溶液分离。在一些实施方案中，解除结合的检测分子通过聚乙二醇(PEG)沉淀从组合溶液中分离。在一些实施方案中，通过相应核心结构上的对应的锚定分子将组合溶液中的每个核心结构结合至固体支持物，接着通过离心、微米过滤、色谱或它们的组合分离解除结合的检测分子，来将解除结合的检测分子从组合溶液分离。

在一些实施方案中，在解除结合的检测分子已从组合溶液中分离后，检测条形码21从对应的检测分子上切割下来，所述检测分子连接至相应捕获分子(例如，如位于转变为稳定状态的超分子结构上)。在一些实施方案中，检测条形码21通过核酸(DNA/RNA)链置换、光学切割、化学切割或它们的组合从对应的检测分子切割。在一些实施方案中，检测条形码通过经历触发物而从对应的检测分子切割。在一些实施方案中，如本文所述，触发物包括解构分子、触发信号或它们的组合。在一些实施方案中，解构分子包含检测条形码释放分子(例如，来自图4和图7的参考字符29)。

在一些实施方案中，从包含超分子结构的溶液中分离切割的检测条形码21(参考字符108，图12)。在一些实施方案中，切割的检测条形码21通过聚乙二醇(PEG)沉淀从溶液中分离。在一些实施方案中，通过相应核心结构上的对应的锚定分子将溶液中的核心结构结合至固体支持物，接着通过离心、微米过滤、色谱或它们的组合分离切割的检测条形码，来将切割的检测条形码21从溶液中分离。

在一些实施方案中，切割的检测条形码提供与结合至相应检测分子的相应分析物分子相关的信号。在一些实施方案中，如本文所述，检测条形码包含DNA链。在一些实施方案中，检测条形码提供与分析物分子相关的DNA信号。在一些实施方案中，如图12参考字符110所示，分析分离的检测条形码21以鉴定和/或量化样品中对应的分析物分子。在一些实施方案中，分离的检测条形码的分析包括基因分型、qPCR、测序或它们的组合。

在一些实施方案中，如图12所描绘的用于检测分析物分子的方法包括从对应的捕获分子切割捕获条形码20，所述捕获分子连接至相应检测分子(例如，如位于转变为稳定状态的超分子结构上)。在一些实施方案中，捕获条形码20通过核酸(DNA/RNA)链置换、光学切割、化学切割或它们的组合从对应的检测分子切割。在一些实施方案中，检测条形码通过经历触发物而从对应的检测分子切割。在一些实施方案中，如本文所述，触发物包括解构分子、触发信号或它们的组合。在一些实施方案中，解构分子包含捕获条形码释放分子(例如，来自图4和图7的参考字符31)。

在一些实施方案中，从包含超分子结构的溶液中分离切割的捕获条形码20(参考字符108，图12)。在一些实施方案中，切割的捕获条形码20通过聚乙二醇(PEG)沉淀从溶液中分离。在一些实施方案中，通过相应核心结构上的对应的锚定分子将溶液中的核心结构结合至固体支持物，接着通过离心、微米过滤、色谱或它们的组合分离切割的捕获条形码，来将切割的捕获条形码20从溶液中分离。

在一些实施方案中，切割的捕获条形码提供与结合至相应检测分子的相应分析物分子相关的信号。在一些实施方案中，如本文所述，捕获条形码包含DNA链。在一些实施方案中，捕获条形码提供与分析物分子相关的DNA信号。在一些实施方案中，如图12参考字符110所描绘的，分析分离的捕获条形码21以鉴定和/或量化样品中对应的分析物分子。在一些实施方案中，分离的捕获条形码的分析包括基因分型、qPCR、测序或它们的组合。

使用表面测定检测分析物分子

图13提供了用于检测样品中的分析物分子的技术的示例性说明，所述技术使用利用如本文所述的超分子结构的基于表面的测定用于样品中分析物的单分子计数(即，以单分子分辨率检测样品中的分析物分子)。在一些实施方案中，超分子结构包含核心结构，其包含DNA折纸核心。在一些实施方案中，提供平面基底400，其包含(a)充当基底400上所有特征的参考坐标的基准标记402；(b)一组定义的微图案化结合位点406，其中可固定个别核心结构(例如，DNA折纸)；(c)背景钝化404，其最小化或防止在结合位点406之外的区域中基底400的表面与超分子结构(包含捕获分子和检测分子、核心结构分子)之间的相互作用。基底400可以是大体平面基底，其应被理解为涵盖在表面上具有微图案化孔或突起的基底。在一些实施方案中，基准标记包括在表面上限定的几何特征以用作基底上其他特征的参考特征。在一些实施方案中，基准标记402涂覆有聚合物或自组装单层，其不与核心结构或超分子结构的其他分子(例如，DNA折纸)相互作用。在一些实施方案中，背景钝化404最小化或防止基底400的表面与样品的分析物分子之间的相互作用。在一些实施方案中，平面基底400包括光学或电学装置，如FET、环形谐振器、光子晶体或微电极，其在结合位点406的形成之前被限定。在一些实施方案中，在平面基底400上微图案化结合位点406。在一些实施方案中，表面上的结合位点406呈周期性或规则图案。在一些实施方案中，表面上的结合位点406呈非周期性图案(例如，随机)。在一些实施方案中，指定任何两个结合位点406之间的最小距离(间距)。在一些实施方案中，任何两个结合位点406之间的最小距离为至少约200nm。在一些实施方案中，任何两个结合位点406之间的最小距离为至少约40nm至约5000nm。在一些实施方案中，结合位点406的几何形状包括圆形、正方形、三角形或其他多边形。在一些实施方案中，用于钝化404的化学基团包括带中性电荷的分子如三甲基甲硅烷基(TMS)、不带电荷的聚合物如PEG、两性离子聚合物，或它们的组合。在一些实施方案中，用于限定结合位点406的化学基团包括硅醇基、羧基、硫醇、其他基团或它们的组合。

在一些实施方案中，单个超分子结构40附接至相应结合位点406(步骤1)。参考字符416提供单独的以及组装和布置在平面基底上的超分子结构40的组分的描绘(组分如本文所述，例如图1、图2至图3、图5至图6)。在一些实施方案中，超分子结构40包含有包含DNA折纸的核心结构13，其中使用DNA折纸放置技术将超分子结构40附接到每个结合位点上(步骤1)。在一些实施方案中，超分子结构40在附接到相应结合位点406之前组装。在一些实施方案中，DNA折纸具有独特的形状和尺寸，以便有利于使用DNA折纸放置技术结合至结合位点。在一些实施方案中，DNA折纸放置包括定向自组装技术，用于在表面(例如，微图案化表面)上组织个别DNA折纸(例如，核心结构)。在一些实施方案中，替代DNA折纸放置，超分子纳米结构40的反应性基团结合至已经预先组织在结合位点上的DNA折纸。在一些实施方案中，这两种用于将超分子纳米结构结合至对应的结合位点的方法都依赖于使用DNA折纸放置技术在微图案化结合位点上组织一个或多个分子的能力。在一些实施方案中，平面基底可在此步骤之后在清洁环境中存储很长一段时间。

继续参考图13，在一些实施方案中，包含分析物分子的样品(如本文所述)与平面基底接触(步骤2)。在一些实施方案中，样品使用流通池与平面基底接触。在一些实施方案中，样品在平面基底上孵育，其中超分子结构附接至结合位点406。在一些实施方案中，孵育周期可为约30秒至约24小时。在一些实施方案中，孵育周期可为约30秒至约1分钟、约1分钟至约5分钟、约5分钟至约30分钟、约30分钟至约1小时、约1小时至约5小时、约5小时至约12小时、约12小时至约24小时、约24小时至约48小时。

在一些实施方案中，样品中的分析物分子44与平面表面400上的超分子结构40相互作用。在一些实施方案中，特定分析物分子44的单个拷贝同时与捕获分子和检测分子结合，使得特定超分子结构从不稳定状态切换至稳定状态418(如本文所述，例如图8至图10)。在一些实施方案中，特定分析物的单个拷贝可能同时与已经彼此结合的捕获分子和检测分子相互作用，并将超分子结构从稳定状态切换至不稳定状态(如本文所述，例如图11)。

继续参考图13，在一些实施方案中，平面基底随后经历触发物。在一些实施方案中，触发物包括解构分子(例如，图7中的检测解构分子28)。在一些实施方案中，触发物包括触发信号。在一些实施方案中，如本文所述，解构分子(例如，检测解构分子28)包含核酸(DNA或RNA)、肽、有机小分子或它们的组合。在一些实施方案中，如本文所述，触发信号包括电信号、微波信号、紫外线照射、可见光照射或近红外线照射。在一些实施方案中，允许与附接至平面基底的超分子结构缔合的解构分子与所述超分子结构相互作用。在一些实施方案中，解构分子被引入含有平面基底的流通池中。在一些实施方案中，解构分子与超分子结构一起孵育约30秒至约24小时(步骤3)。在一些实施方案中，孵育周期可为约30秒至约1分钟、约1分钟至约5分钟、约5分钟至约30分钟、约30分钟至约1小时、约1小时至约5小时、约5小时至约12小时、约12小时至约24小时、约24小时至约48小时。

在一些实施方案中，与解构分子的相互作用切割处于不稳定状态的所有超分子结构的检测分子和检测条形码，使得这些检测分子和检测条形码将从平面基底400物理切割。在一些实施方案中，物理切割的检测分子和检测条形码在孵育步骤结束时的一次或多次缓冲液洗涤期间被去除。在一些实施方案中，其中由于单个分析物分子的捕获，平面基底上的超分子结构已经转变为稳定状态，对应的检测分子和检测条形码仍然连接至超分子结构420，从而由于在对应的检测分子与捕获分子之间形成的分析物介导的三明治(即捕获分子、分析物分子和检测分子之间的键联)稳定地结合至平面基底。

继续参考图13，在一些实施方案中，在转变为稳定状态的超分子结构位置处的检测条形码被用作信号传导元件414的结合位点422(步骤4)。在一些实施方案中，信号传导元件包含荧光分子或微珠、荧光聚合物、高电荷纳米颗粒或聚合物。在一些实施方案中，允许一种或多种信号传导元件与平面结构上的超分子结构相互作用。在一些实施方案中，信号传导元件被引入含有平面基底的流通池中。在一些实施方案中，检测条形码用作聚合引发剂，用于在诸如滚环扩增或杂交链反应的过程中的高荧光聚合物的生长。

在一些实施方案中，如步骤4所述引入信号传导元件414导致产生一个表面，其中每个个别分析物捕获事件(即捕获分子、检测分子和分析物分子之间的键联)都导致信号传导元件在相应分析物的位置处存在(如与捕获分子和检测分子连接)。在一些实施方案中，信号传导元件是光学活性的并且可使用平面基底400内的显微镜或集成光学传感器来测量。在一些实施方案中，信号传导元件是电学活性的并且可使用集成电学传感器来测量。在一些实施方案中，信号传导元件是磁活性的并且可使用集成磁传感器来测量。在一些实施方案中，每个信号事件都与相同类型的分析物分子(相同类型的分析物分子的单个拷贝)的捕获相关联，由对应的检测分子和捕获分子确定，因此计算存在信号传导元件的位置的数量给出样品中分析物分子的量化。

在一些实施方案中，如图13中所述的用于检测分析物的方法使用超分子核心，其中核心结构通过核心结构的相应锚定部分结合至已经组织在平面基底表面上的DNA折纸。

在一些实施方案中，如图13中所述的用于检测分析物的方法能够检测单一类型的分析物分子。在一些实施方案中，如图13中所述的用于检测分析物的方法能够检测多种类型的分析物分子(多路复用分析物分子检测)。在一些实施方案中，每个超分子结构都进行条形码化以唯一地鉴定缔合的相应捕获分子和检测分子，从而使得捕获的相应分析物分子能够被鉴定。在一些实施方案中，每个超分子结构使用相应锚定分子进行条形码化。

图14是用于形成或制造诸如图13中所示的基底400的基底的技术500的实例。在步骤502中，提供结合层504。在一个实施方案中，结合层504可以是硅、二氧化硅、氮化硅、石墨烯、石英、金属、金、银、铂、钯、PDMS、聚合物膜或它们的组合。结合层504一般可以是平面的并且可在方法500开始之前被清洁。在步骤505中，顶层沉积在结合层504上。在一个实施方案中，顶层506可以是石墨烯、氧化铝、HfO₂、Cr₂O₃(氧化铬)、氧化钛、氧化钽、金属氧化物、二氧化硅(SiO₂)或它们的组合。在步骤510中，例如通过去除顶层506的部分来图案化顶层506以暴露将对应于基底的结合位点的结合层504的位置514。图案化可以是光刻、电子束光刻、纳米压印或其他图案化模式。顶层506和/或结合层504上的暴露区域可在步骤520中通过化学或等离子体处理被活化以产生不同的反应性基团，这取决于这些层各自的化学成分。如图所示，顶层反应性基团522和结合层反应性基团524可经由活化产生。活化可在相同或连续的步骤中进行。

在步骤530中施加钝化层532，例如钝化聚合物，并且仅与顶层反应性基团522反应。钝化聚合物可以是熵的，例如，由唯一与顶层反应性基团522相互作用但不与结合层反应性基团524相互作用的基团制成。顶层506的顶表面包括钝化层532并环绕结合位点542。在步骤540中，超分子结构40(诸如DNA折纸540)被施加到结合位点542并与结合位点542的反应性基团524相互作用，使得基底550的每个结合位点542包括超分子结构40。应当理解，在实施方案中，基底550可被认为在一定容限范围内在每个结合位点542中包括超分子结构400，例如，当大于95％或大于97％的结合位点542包括至少一个超分子结构40时。此外，出于基准或对照目的，某些结合位点542可被保留。在一些实施方案中，每个结合位点542包括至多一个或单个超分子结构40。结合位点542可具有由顶层506的图案化技术产生的限定形状和大小。超分子结构40可作为预制单元放置或可分阶段组装在结合位点542上。在一个实例中，核心结构(例如，DNA折纸部分)可首先与结合位点542缔合。在缔合之后，捕获分子和检测分子可在不稳定状态下以期望预定间距连接至相应位置。

在一些实施方案中，锚定分子18(参见图1)在存在时与结合层反应性基团524形成缔合。然而，应当理解超分子结构40可不包含锚定分子18。结合位点542的结合层反应性基团524可被配置为与核心结构的核酸分子形成盐桥以经由核心结构的直接缔合将超分子结构40与结合位点542缔合。也就是说，反应性基团可带负电并且可与核心结构的(例如，DNA折纸的)带负电核酸分子反应以形成在洗涤或其他步骤期间抵抗去除的化学缔合。在实施方案中，盐桥缔合可用共价连接来增强。

图15是用于形成或制造诸如图13中所示的基底400的基底的技术600的实例。技术600开始于起始基础层602和结合层604。基础层602可以是结合层604生长或沉积在其上的大体平面层。在所示实施方案中，基础层602是硅晶片并且结合层604是生长在基础层602的表面上的二氧化硅。虽然所示实例仅在基础层602的一侧包括结合层604，但是结合层604可额外地或另选地存在于基础层602的相对表面上以增加基底的反应性表面积。

随后，将材料(金属、金属氧化物、聚合物或任何期望图案化的材料)的薄膜610沉积到结合层604上。在实施方案中，粘合促进剂可被施加到顶层以增强薄膜610的耦接。在实施方案中，薄膜610的厚度可在2埃至10微米的范围内。薄膜610的厚度将决定最终图案化基底的形貌。薄膜610可使用常规方法进行图案化，所述方法诸如光刻、纳米压印光刻、直写方法、卷对卷压印等(光刻通常包括未示出的图案转移过程步骤，这可包括膜的蚀刻)。在蚀刻薄膜610之后，暴露出结合层604的下方表面620。可能具有薄膜610的堆叠并蚀刻穿过特定层以暴露不同材料(化学物质)。下方表面620可经历额外的程序，诸如活化，以产生结合位点640。然后将超分子结构40(例如，DNA折纸)放置到图案化表面上。

折纸的尺寸先验地设计为放置以限定有多少超分子结构40被放置在捕获位点。跨过表面620的每个结合位点640的尺寸可在x-y平面中考虑。在结合位点640是由薄膜610的壁650界定的孔的实施方案中，x-y尺寸因此由壁650界定。因此，孔的物理空间可充当与结合位点640的表面620缔合的多于一个超分子结构40的障碍。在一个实施方案中，超分子结构40的核心结构的至少一个尺寸小于结合位点640跨x-y平面的尺寸以有利于超分子结构40进入孔中。在一个实施方案中，超分子结构40的核心结构的至少一个尺寸是跨x-y平面的结合位点的尺寸的长度的至少50％。在结合位点640是圆形的情况下，超分子结构40或核心结构可具有至少一个大于圆形半径的尺寸。

薄膜610的化学成分可在放置发生之前通过从表面成核的钝化膜的特定生长进行修饰。示例修饰可通过SAMP(自组装单层膦酸酯)的生长、硅烷化——通过常规方法(诸如化学气相沉积)沉积。薄膜610(或修饰的薄膜610)与图案化后暴露的SiO2下方表面620(或可能在薄膜610之前沉积的其他薄膜)之间的表面化学成分(在图案化晶片表面的官能团)不同。

图16是用于形成或制造诸如图13中所示的基底400的基底的技术700的实例，所述基底包括基础层702、结合层704和薄膜710。结合位点可如图15中所列示形成。在此，薄膜710的厚度720使得它充分大于超分子结构40的DNA折纸核心结构13的厚度。举例来说，薄膜610为100nm厚并且核心结构13的折纸为1nm厚。核心结构以一一对应的方式放置在结合位点640的孔中。这可通过使用在孔底部的结合位点740的顶表面750处特异性沉积或活化的折纸与互补物之间的连接基团来实现。在用过量的折纸装载阵列后，可进行折纸的连接，并且然后进行洗涤以从每个孔中去除一个折纸之外的所有折纸。

薄膜710也可用于货物元件770的三维对照。结合位点特征可包括跨顶表面750的x-y尺寸和对应于薄膜710的厚度720的z尺寸。

图17是用于形成或制造诸如图13中所示的基底400的基底的技术800的实例。技术800开始于起始基础层802和结合层804。基础层802可以是结合层804生长或沉积在其上的大体平面层。在所示实施方案中，基础层802是平面支持物，诸如玻璃或硅晶片，并且结合层804是生长在基础层802的表面上的二氧化硅、氮化硅、石墨烯或碳化硅。然而，在某些实施方案中，基础层802是与结合层804相同的材料或者不存在基础层802。虽然所示实例仅在基础层802的一侧包括结合层804，但是结合层804可额外地或另选地存在于基础层802的相对表面上以增加基底的反应性表面积。

随后，牺牲膜810被放置到结合层804上。此牺牲膜810可以是光致抗蚀剂、纳米压印抗蚀剂、金属或具有被图案化能力的类似材料。如本文所提供的，牺牲膜810被图案化为对应于期望结合位点图案的期望图案。即，图案化后保留的牺牲膜810对应于结合位点的最终位置。牺牲膜810用作蚀刻掩模以将图案转移到结合层804中。图案转移过程可使用反应性离子蚀刻(等离子体蚀刻)、溶液相蚀刻来完成。蚀刻深度可用材料暴露于蚀刻剂的时间或通过撞击下面的不同材料(此处示出为Si)来控制。随后将去除牺牲膜810，如图所示。随后，共形涂层膜830沉积在结合层804上并掩埋在先前步骤中产生的蚀刻或形成特征。这可用溅射、原子层沉积、电子束蒸发等来完成。这个新的共形涂层膜830的厚度大于在先前步骤中蚀刻的特征的深度，使得特征直到后续步骤才暴露。例如通过CMP(化学机械抛光)或其他合适的手段使表面平坦化，以暴露在先前步骤中限定的形貌。然后将超分子结构40放置到图案化表面上。超分子结构40的尺寸先验地设计为放置以限定有多少折纸被放置在结合位点840。共形涂层膜830的化学成分可在放置发生之前通过从表面成核的钝化膜的特定生长进行修饰。示例修饰可通过SAMP(自组装单层膦酸酯)的生长、硅烷化——通过常规方法(诸如化学气相沉积)沉积。共形涂层膜830(或修饰的共形涂层膜830)与图案化后暴露的结合层804(或在共形涂层膜830之前可能已经沉积的其他薄膜)之间的表面化学成分(在图案化晶片表面的官能团)不同。

图18示出了用于分析物检测的超分子组装过程的实例。在一些实施方案中，核心结构13(例如，DNA折纸)在被组装为超分子结构40之前被放置在图案化基底920的结合位点910处。因此，每个核心结构13一旦在个别结合位点910处就位，就可通过连接至核心结构13上规定的第一位置处的捕获分子2和在核心结构13上规定的第二位置处的检测分子1来定制以包括期望分析物检测特征，并且使得连接在不存在分析物的情况下处于不稳定的构型。因此，与捕获/检测部分的连接可在放置核心结构13之后发生。此外，根据期望的3维特征，可选择经历特定触发物并具有特定长度的各种接头。如所指出的，这些可针对结合位点个别化，使得图案化基底920上的每个结合位点910具有已知的分析物检测特征，所述特征可与相邻结合位点910中的那些相同或不同。以这种方式，可实现蛋白质-蛋白质或其他检测模式的复合性和多路复用。

在一些实施方案中，不同的捕获条形码20和检测条形码21可用于在不同的结合位点910之间进行区分。因此，在一个实施方案中，如本文提供的检测系统950可检测和表征一个或多个条形码序列的扩增作为检测的一部分。另外，每个核心结构13可耦接至或包含条形码序列。

此外，检测系统可额外地或另选地被配置为检测作为分析物结合至超分子结构40的特征的电、光学和/或磁环境变化。此类检测可与基于扩增的检测相配合以产生指示分析物的存在和/或水平以及捕获分子和/或检测分子的身份的信息。此外，捕获分子和检测分子连接可被图案化或与已知位置或结合位点相关联。

检测系统950可包括输入/输出电路952、显示器954和执行存储在存储器中的指令的基于处理器的控制器956。检测可经由显示器954被配置为产生与分析物结合相关的通知或信息，所述分析物结合与超分子结构向稳定状态的转换相关联。

在一些实施方案中，由于分析物44的结合的超分子结构40向稳定状态的转换可经由场效应晶体管装置来检测，如图19中所示。因此，检测系统950可能能够检测分析物结合44的环境变化特征，其表现为检测到的电信号的变化，所述电信号来自耦接至每个结合位点1004并延伸穿过钝化层1008的一个或多个电引线1002。在某些实施方案中，每个结合位点1004耦接至专用引线1002。在其他实施方案中，可通过耦接至单个电引线1002的多个结合位点1004来实现适当的分辨率。检测到的信号被提供给检测装置950用于分析。

在一些实施方案中，由于分析物44的结合的超分子结构40向稳定状态的转换可经由金属氧化物半导体图像传感器装置来检测，如图20中所示。因此，检测系统950可能能够检测分析物结合44的环境变化特征，其表现为检测到的光学信号的变化。在所示实施方案中，基底1100包括钝化层1102和金属氧化物层1100。光管1130延伸穿过钝化层1102和金属氧化物层1100以耦接至结合位点1140并且允许通过光电检测器1150检测分析物结合的光学变化特征。每个结合位点1120可耦接至专用光管1130和光电探测器1150。检测到的信号被提供给检测装置950用于分析。应当理解，所公开的检测模式是示例性的，并且还可考虑其他实施方式。

基底再生

所公开技术的一个特征是，一旦被图案化并用于分析物检测，经组织的基底的表面可全部或部分再生并重新用于检测相同的分析物或不同的分析物，这取决于所应用的再生过程。图21是用于由任何公开的技术形成的图案化基底的表面再生的示例工作流程。基底制造(方框1200)涉及a的顶层的图案化(参见图14至图16)以显露或暴露结合层上的结合位点。活化(方框1202)涉及在结合位点和间隙或剩余顶层(例如，金属氧化物层)上产生两种不同的反应性基团。这可使用等离子体或其他化学处理来实现。间隙区域的钝化(方框1204)涉及将聚合物排他地沉积在间隙表面同时保持结合位点未被修饰。

DNA折纸放置(方框1206)涉及用DNA折纸(例如，如本文提供的核心结构13)装载结合位点，所述DNA折纸可携带一个或多个独特的锚定分子，其他分子货物可拴系在所述锚定分子上。这些独特的锚定分子可以是单链DNA、硫醇、胺、叠氮化物、DBCO等。货物装载(方框1208)是一个或多个独特分子可装载到经表面组织的DNA折纸上的过程，例如，经由与独特的锚定分子的键联。装载到DNA折纸上的货物的独特分子限定了基底在结合位点的测定功能。在一个实例中，货物包含或结合至样品中的一种或多种分析物。在一个实施方案中，独特分子可包括捕获分子和检测分子。进行所述测定(方框1210)以评估DNA折纸处的结合，用于量化样品中分析物的数量。样品存储(方框1212)包括在对基底进行测定之后任选地保存基底。

第一种再生方法涉及在测定进行之后去除货物(方框1230)。示例货物去除方案示于图22至图23中。第二种再生方法涉及使用图24所示的示例方案去除DNA折纸本身(方框1240)。应当理解，本文所公开的基底可使用货物去除和/或DNA折纸去除来再生。此外，相同的基底可经历重复的第一种和/或第二种类型的测定和再生步骤。

图22示出了如图21中的示例货物去除程序1230。所述程序可在步骤1300中在基底(诸如如图14至图17所示形成的图案化基底)上进行或开始。在所示实例中，基底具有与结合层上的每个结合位点缔合的未装载的DNA折纸。步骤1302说明了用DNA折纸在基底上孵育货物，以使用独特的锚定位点作为对接位置，使单个货物元件能够装载到DNA折纸上。货物可以是单个分子或一组分子。每个DNA折纸或多个分子上可能有单个货物。步骤1304说明了添加与货物相互作用的测定组分，导致产生独特的信号。在步骤1306中进行测定之后，在步骤1308中将独特的解耦分子添加到基底，以将货物分子与DNA折纸解耦，从而产生返回到步骤1300的基底，其中未装载的DNA折纸与结合位点缔合。

图23示出了如图21中的示例货物去除程序1230。所述程序可在步骤1400中在基底(诸如如图14至图17所示形成的图案化基底)上进行或开始。步骤1402说明了用DNA折纸在基底上孵育货物，以使用折纸上的ssDNA作为锚点，使单个货物元件能够装载到DNA折纸上。货物可以是单个分子或一组分子。每个DNA折纸或多个分子上可能有单个货物。步骤1404说明了添加将与货物相互作用的测定组分，导致产生独特的信号。在步骤1406中进行测定之后，在步骤1408中将独特的ssDNA添加到溶液中，其将与货物分子相互作用并通过称为DNA链置换的过程将其与DNA折纸解耦，从而产生类似于返回到步骤1400的基底的基底，其中未装载的DNA折纸与结合位点缔合。

图24示出了如图21中的示例货物去除程序1240。所述程序可在步骤1500中在基底(诸如如图14至图17所示形成的图案化基底)上进行或开始。步骤1502说明了用DNA折纸在基底上孵育货物，以使用独特的锚定位点作为对接位置，使单个货物元件能够装载到DNA折纸上。货物可以是单个分子或一组分子。每个DNA折纸或多个分子上可能有单个货物。步骤1504说明了添加将与货物相互作用的测定组分，导致产生独特的信号。在步骤1506中进行测定之后，用反应性极强的溶液处理基底，所述溶液可以是强酸(pH<2)或强碱(pH>10)，其可用于从基底中去除所有有机分子，包括货物分子、DNA折纸以及钝化聚合物层。随后，所述方法进行例如图14至图17中所示的步骤，以在步骤1508中形成图案化基底，从而创建具有结合至每个结合位点的单个折纸的表面。如本文所提供的，DNA折纸可以是装载或未装载的折纸分子。

虽然本发明的优选实施方案已在本文显示和描述，此类实施方案仅以举例的方式提供，这对本领域的技术人员将是显而易见的。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现将进行各种变型、变化和替换。应当理解，可将本文描述发明的实施方案的各种替代方案应用于实施本发明。这意味着以下权利要求书限定本发明的范围并且这些权利要求及其等同物范围内的方法和结构因此被涵盖。

Claims (89)

1.一种用于使用基底检测样品中存在的分析物分子的方法，所述方法包括：

提供所述基底，所述基底包含多个结合位点，其中所述多个结合位点中的个别结合位点与多个超分子结构中的一个超分子结构缔合，所述超分子结构包含：

核心结构，其包含多个核心分子；

捕获分子，其在第一位置处连接至所述核心结构；以及

检测分子，其在第二位置处连接至所述核心结构，其中所述超分子结构处于不稳定状态，使得所述检测分子被配置为通过在所述第二位置处切割它们之间的连接而与所述核心结构解除结合；

使所述样品与所述超分子结构接触，使得所述超分子结构从所述不稳定状态转变为稳定状态，其中所述检测分子和所述捕获分子通过与所述分析物分子结合而连接在一起，从而在所述检测分子与所述捕获分子之间形成连接，并且其中处于所述不稳定状态的每个超分子结构包含以预定距离间隔开的所述相应捕获分子和检测分子；

提供触发物以在所述第二位置处切割所述检测分子与所述核心结构之间的连接，其中所述检测分子通过与所述捕获分子的连接保持与所述核心结构相连接，并且使得所述分析物分子与所述个别结合位点缔合；以及

基于转变为所述稳定状态的所述超分子结构提供的信号检测所述分析物分子。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个结合位点中的每个结合位点与所述多个超分子结构中的相应超分子结构缔合。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个结合位点中的每个结合位点与所述多个超分子结构中的相应单个超分子结构缔合，使得没有结合位点与多于一个超分子结构缔合。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述超分子结构经由存在于所述基底的结合层上的一个或多个表面基团与所述个别结合位点缔合。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述超分子结构的核心结构在所述个别结合位点处与所述基底的结合层形成盐桥。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述超分子结构包含从所述核心结构延伸的锚定分子，所述锚定分子连接至所述个别结合位点的一个或多个表面基团。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述个别结合位点包括跨越所述基底的顶表面的x尺寸和y尺寸，并且其中所述x尺寸或所述y尺寸中的至少一个大于所述核心结构的最长尺寸。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述基底包括被图案化以暴露结合层上或结合层中的所述多个结合位点的顶层。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述结合层包括硅、二氧化硅、氮化硅、石墨烯、石英、金、银、金属、铂、钯、PDMS或聚合物膜。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述顶层包括金属氧化物、石墨烯、HfO₂或CO₂。

11.如权利要求8所述的方法，其中所述结合层被等离子体或化学处理以产生反应性表面基团。

12.如权利要求8所述的方法，其中所述基底包括设置在所述顶层上而不在所述多个结合位点上的钝化聚合物。

13.如权利要求8所述的方法，其中所述基底是平面的。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述基底包括多个孔，并且其中所述多个结合位点分布在所述多个孔中的相应孔中。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述检测还包括使用与所述基底缔合的检测系统来检测响应于从所述不稳定状态转变为所述稳定状态的所述超分子结构的光学信号或电信号。

16.如权利要求1所述的方法，其中所述检测还包括使用与所述基底缔合的检测系统来检测响应于从所述不稳定状态转变为所述稳定状态的所述超分子结构的光学信号或电信号。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述检测系统被配置为检测指示从所述不稳定状态转变为所述稳定状态的所述超分子结构的电信号。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述检测系统包括耦接至所述基底并被配置为检测指示从所述不稳定状态转变为所述稳定状态的所述超分子结构的光学信号的光电检测器。

19.如权利要求1所述的方法，其还包括将与所述相应多个结合位点缔合的所述多个超分子结构与任何检测分子分离，所述检测分子与未转变为稳定状态的任何超分子结构解除结合。

20.如权利要求1所述的方法，其还包括量化所述样品中所述分析物分子的浓度。

21.如权利要求1所述的方法，其还包括鉴定所述检测到的分析物分子。

22.如权利要求1所述的方法，其还包括当所述分析物分子以单个分子或更高的计数存在于所述样品中时基于所述信号检测所述分析物分子。

23.如权利要求1所述的方法，其中所述样品包括复合生物样品，并且所述方法提供单分子敏感性，从而增加所述复合生物样品中一系列分子浓度的动态范围和定量捕获。

24.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物分子包含蛋白质、肽、肽片段、脂质、DNA、RNA、有机分子、无机分子、它们的复合物或它们的任何组合。

25.如权利要求1所述的方法，其中所述多个超分子结构中的每个超分子结构是纳米结构。

26.如权利要求1所述的方法，其中所述个别超分子结构的核心结构是纳米结构。

27.如权利要求1所述的方法，其中所述核心结构的多个核心分子排列成预定义形状和/或具有规定的分子量。

28.如权利要求27所述的方法，其中所述预定义形状被配置为限制或防止与另一个超分子结构的交叉反应性。

29.如权利要求1所述的方法，其中所述核心结构的多个核心分子包含一个或多个核酸链、一个或多个支链核酸、一个或多个肽、一个或多个小分子或它们的组合。

30.如权利要求29所述的方法，其中所述个别超分子结构的核心结构包含支架脱氧核糖核酸(DNA)折纸、支架核糖核酸(RNA)折纸、支架杂交DNA:RNA折纸、单链DNA瓦片结构、多链DNA瓦片结构、单链RNA折纸、多链RNA瓦片结构、具有多个支架的分层组成DNA或RNA折纸、肽结构或它们的组合。

31.如权利要求1所述的方法，其中所述触发物包括解构分子、触发信号或它们的组合。

32.如权利要求31所述的方法，其中所述解构分子包括DNA、RNA、肽、有机小分子或它们的组合。

33.如权利要求31所述的方法，其中所述触发信号包括光学信号、电信号或两者。

34.如权利要求33所述的方法，其中所述触发光学信号包括微波信号、紫外线照射、可见光照射、近红外线照射或它们的组合。

35.如权利要求1所述的方法，其中所述相应分析物分子1)通过化学键与所述相应超分子结构的捕获分子结合和/或2)通过化学键与所述相应超分子结构的检测分子结合。

36.如权利要求1所述的方法，其中所述多个超分子结构中的每个超分子结构的捕获分子和检测分子独立地包含蛋白质、肽、抗体、适体(RNA和DNA)、荧光团、锚蛋白重复蛋白、催化剂、聚合引发剂、聚合物(如PEG)或它们的组合。

37.如权利要求1所述的方法，其中对于所述多个超分子结构的每个超分子结构：

所述捕获分子通过捕获条形码连接至所述核心结构，其中所述捕获条形码包含第一捕获接头、第二捕获接头和设置在所述第一与第二捕获接头之间的捕获桥，其中所述第一捕获接头结合至与所述核心结构上的第一位置结合的第一核心接头，其中所述捕获分子和所述第二捕获接头通过结合至第三捕获接头而连接在一起，并且

所述检测分子通过检测条形码连接至所述核心结构，其中所述检测条形码包含第一检测接头、第二检测接头和设置在所述第一与第二检测接头之间的检测桥，其中所述第一检测接头结合至与所述核心结构上的第二位置结合的第二核心接头，其中所述检测分子和所述第二检测接头通过结合至第三检测接头而连接在一起。

38.如权利要求37所述的方法，其中所述捕获桥和所述检测桥独立地包含聚合物核心。

39.如权利要求37所述的方法，其中所述捕获桥的聚合物核心和所述检测桥的聚合物核心独立地包含特定序列的核酸(DNA或RNA)或聚合物如PEG。

40.如权利要求37所述的方法，其中所述第一核心接头、第二核心接头、第一捕获接头、第二捕获接头、第三捕获接头、第一检测接头、第二检测接头和第三检测接头独立地包含反应性分子或DNA序列结构域。

41.如权利要求41所述的方法，其中每个反应性分子独立地包含胺、硫醇、DBCO、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、acrydite、NHS-酯、特定序列的单链核酸(RNA或DNA)、一种或多种聚合物如PEG或聚合引发剂，或它们的组合。

42.如权利要求1所述的方法，其中处于所述不稳定状态的每个超分子结构包含所述相应捕获分子和检测分子，所述捕获分子和检测分子间隔开以便减少或抑制第一超分子结构的捕获分子和/或检测分子与第二超分子结构的对应捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生。

43.如权利要求1所述的方法，其中所述预定距离为约3nm至约40nm。

44.如权利要求1所述的方法，其中所述多个超分子结构的每个核心结构彼此相同。

45.如权利要求1所述的方法，其中每个超分子结构包括规定的形状、大小、分子量或它们的组合，以便减少或消除所述多个超分子结构之间的交叉反应。

46.如权利要求1所述的方法，其中每个超分子结构包含多个捕获分子和检测分子。

47.如权利要求1所述的方法，其中每个超分子结构包含规定的所述捕获分子和检测分子的化学计量以便减少或消除所述多个超分子结构之间的交叉反应。

48.如权利要求1所述的方法，其中每个超分子结构的所述不稳定状态还包括以预定距离间隔开以便减少或抑制所述多个超分子结构中的第一超分子结构与第二超分子结构的捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生的所述捕获分子和检测分子。

49.如权利要求48所述的方法，其中所述预定距离为约3nm至约40nm。

50.如权利要求1所述的方法，其中所述多个超分子结构被配置为检测相同的分析物分子。

51.如权利要求1所述的方法，其中所述多个超分子结构中的至少一个超分子结构被配置为检测与其他超分子结构不同的分析物分子。

52.如权利要求1所述的方法，其还包括对所述多个超分子结构中的每个超分子结构进行条形码化，以便鉴定每个超分子结构在所述基底上的位置。

53.一种用于形成用于检测样品中分析物分子的基底的方法，所述方法包括：

提供基础层；

在所述基础层上提供结合层；

在所述结合层上沉积顶层；

图案化所述顶层以暴露所述结合层的部分，所述暴露部分对应于所述结合层上的多个结合位点；以及

提供与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合的超分子结构，所述超分子结构包含：

核心结构，其包含多个核心分子；

捕获分子，其在第一位置处连接至所述核心结构；以及

检测分子，其在第二位置处连接至所述核心结构，其中所述超分子结构处于不稳定状态，使得所述检测分子被配置为通过在所述第二位置处切割它们之间的连接而与所述核心结构解除结合，并且使得间隔开的所述相应捕获分子和检测分子在所述不稳定状态下处于预定距离，并且其中在稳定状态下，所述检测分子和所述捕获分子通过与所述分析物分子结合而连接在一起，从而在所述检测分子与所述捕获分子之间形成连接，其中所述检测分子通过与所述捕获分子的连接保持与所述核心结构相连接，并且使得所述分析物分子与所述个别结合位点缔合。

54.如权利要求53所述的方法，其包括活化所述图案化顶层以及在所述活化的顶层上沉积钝化层，其中所述钝化层不与所述结合层的暴露部分反应。

55.如权利要求54所述的方法，其中活化所述图案化顶层包括等离子体或化学处理。

56.如权利要求54所述的方法，其中所述钝化层是与通过所述活化形成的所述顶层上的反应性基团反应的聚合物层。

57.如权利要求53所述的方法，其包括活化所述结合层的暴露部分以形成所述多个结合位点。

58.如权利要求58所述的方法，其中活化所述结合层的暴露部分包括等离子体或化学处理。

59.如权利要求53所述的方法，其中所述顶层具有规定的厚度，并且其中对所述顶层进行图案化形成多个孔，所述相应多个结合位点设置在所述多个孔中，其中所述孔的壁由所述顶层的材料形成。

60.如权利要求59所述的方法，其中所述孔的深度在5埃与300nm之间。

61.如权利要求53所述的方法，其中在所述基础层上沉积或生长结合层还包括：

用牺牲膜保护所述结合层的一部分；

蚀刻或去除所述结合层的未保护部分以在所述结合层中形成图案化表面；以及

去除所述牺牲膜以暴露所述结合层中的所述图案化表面，其中所述顶层沉积在所述图案化表面上。

62.如权利要求53所述的方法，其中所述结合层包括硅、二氧化硅、氮化硅、石墨烯、石英、金、银、金属、铂、钯、PDMS或聚合物膜。

63.如权利要求53所述的方法，其中所述顶层包括金属氧化物、石墨烯、HfO₂或CO₂。

64.如权利要求53所述的方法，其中所述基础层包括平面支持物。

65.如权利要求53所述的方法，其包括将所述基底耦接至检测系统，所述检测系统检测所述超分子结构在所述多个结合位点中的每个结合位点处从所述不稳定状态到所述稳定状态的转变。

66.如权利要求65所述的方法，其包括在所述基础层中形成耦接至所述多个结合位点中的每个相应结合位点的多个光管，并且其中所述检测系统包括耦接至所述多个光管中的每个光管的光电二极管。

67.如权利要求65所述的方法，其包括将所述多个结合位点中的每个结合位点耦接至一个或多个电引线，并且其中所述检测系统包括场效应晶体管。

68.如权利要求53所述的方法，其中提供与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合的所述超分子结构包括将个别核心结构与所述多个结合位点中的个别结合位点缔合，并且在所述缔合之后，将所述捕获分子在所述第一位置处连接至所述核心结构以及将所述检测分子在所述第二位置处连接至所述核心结构。

69.如权利要求53所述的方法，其包括从每个结合位点去除所述超分子结构以再生所述基底。

70.如权利要求53所述的方法，其包括从每个结合位点仅去除所述超分子结构的一部分以再生所述基底。

71.如权利要求70所述的方法，其中提供与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合的所述超分子结构包括将个别核心结构与所述多个结合位点中的个别结合位点缔合，并且在所述缔合之后，将所述捕获分子在所述第一位置处连接至所述核心结构以及将所述检测分子在所述第二位置处连接至所述核心结构。

72.一种用于检测样品中的一种或多种分析物分子的基底，所述基底包括：

基础层；

所述基础层上的结合层；

图案化顶层，其暴露所述结合层的部分，所述暴露部分对应于所述结合层上的多个结合位点；以及

超分子结构，其与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合，所述超分子结构包含：

核心结构，其包含多个核心分子；

捕获分子，其在第一位置处连接至所述超分子核心；以及

检测分子，其在第二位置处连接至所述超分子核心，其中所述超分子结构处于不稳定状态，使得所述检测分子被配置为通过在所述第二位置处切割它们之间的连接而与所述核心结构解除结合，并且其中每个超分子结构被配置为通过所述检测分子、所述捕获分子和所述一种或多种分析物分子中的相应分析物分子之间的相互作用从所述不稳定状态转变为稳定状态。

73.如权利要求72所述的基底，其包括设置在所述顶层上而不在所述结合层上的钝化层。

74.如权利要求73所述的基底，其中所述钝化层是与通过所述活化形成的所述顶层上的反应性基团反应的聚合物层。

75.如权利要求72所述的基底，其中所述顶层具有规定的厚度，并且形成多个孔，所述相应多个结合位点设置在所述多个孔中，其中所述孔的壁由所述顶层的材料形成。

76.如权利要求75所述的基底，其中所述孔的深度在5埃与300nm之间。

77.如权利要求72所述的基底，其中所述结合层包括硅、二氧化硅、氮化硅、石墨烯、石英、金、银、金属、铂、钯、PDMS或聚合物膜。

78.如权利要求72所述的基底，其中所述顶层包括金属氧化物、石墨烯、HfO₂或CO₂。

79.如权利要求72所述的基底，其中所述基础层包含硅晶片。

80.如权利要求72所述的基底，其中所述基底耦接至检测系统，所述检测系统检测所述超分子结构在所述多个结合位点中的每个结合位点处从所述不稳定状态到所述稳定状态的转变。

81.如权利要求80所述的基底，其中所述基础层包括耦接至所述多个结合位点中的每个相应结合位点的多个光管，并且其中所述检测系统包括耦接至所述多个光管中的每个光管的光电二极管。

82.如权利要求80所述的基底，其中所述多个结合位点中的每个结合位点耦接至一个或多个电引线，并且其中所述检测系统包括场效应晶体管。

83.如权利要求72所述的基底，其中每个核心结构独立地包含支架脱氧核糖核酸(DNA)折纸、支架核糖核酸(RNA)折纸、支架杂交DNA:RNA折纸、单链DNA瓦片结构、多链DNA瓦片结构、单链RNA折纸、多链RNA瓦片结构、具有多个支架的分层组成DNA或RNA折纸、肽结构或它们的组合。

84.一种用于形成基底的方法，所述方法包括：

提供基础层；

在所述基础层上提供结合层；

在所述结合层上沉积顶层；

图案化所述顶层以暴露所述结合层的部分，所述暴露部分对应于所述结合层上的多个结合位点；以及

提供与所述多个结合位点中的每个结合位点缔合的超分子结构，所述超分子结构包含核心结构，所述核心结构包含多个核心分子。

85.如权利要求84所述的方法，其中所述核心结构包含支架脱氧核糖核酸(DNA)折纸、支架核糖核酸(RNA)折纸、支架杂交DNA:RNA折纸、单链DNA瓦片结构、多链DNA瓦片结构、单链RNA折纸、多链RNA瓦片结构、具有多个支架的分层组成DNA或RNA折纸、肽结构或它们的组合。

86.如权利要求84所述的方法，其中所述核心结构与所述结合层相互作用以形成一个或多个盐桥，从而将所述超分子结构与每个结合位点缔合。

87.如权利要求86所述的方法，其包括将捕获分子在第一位置处连接至所述核心结构，以及将检测分子在第二位置处连接至所述核心结构。

88.如权利要求87所述的方法，其中在所述盐桥形成之后进行所述连接。

89.一种用于形成基底的方法，所述方法包括：

提供基础层；

在所述基础层上提供结合层；

在所述结合层上沉积顶层；

图案化所述顶层以暴露所述结合层的部分，所述暴露部分对应于所述结合层上的多个结合位点；以及

将分子或结构与每个结合位点缔合。