荧光成像因其简单、灵敏等优点，广泛应用于基础生物学研究、临床医学等领域。它主要根据荧光团的各种光学性质产生检测信号，如光谱、强度、寿命、动力学、荧光共振能量转移等。单独的荧光基团在成像中存在信号弱、种类有限的问题，从而限制了荧光成像的应用。DNA作为一种具有高度可编程性和计算性的材料，具有编码荧光团的巨大潜力。DNA纳米技术的迅速发展为DNA编码荧光信号提供了更多可能。

西安交通大学赵永席、陈锋团队系统综述了DNA编码荧光信号的研究进展，着重介绍了DNA纳米技术对荧光成像性能的改善，包括不同的DNA编码方法及其对成像中荧光信号的影响，如亮度、光稳定性、动力学和多路复用等方面。并概述了DNA编码荧光信号在生物学领域研究中的应用，如细胞谱系追踪和基因筛选等。

图1. DNA编码荧光信号种类及生物学应用

作者们首先综述了基于DNA编码荧光分子的方法及其改善荧光成像性能的原理与机制。这些方法主要分为三大类，分别对荧光亮度、反应动力学和多路复用等性能进行改善。接着讨论了这些改进在复杂生物系统研究中的应用，包括单个动力蛋白分析的构象动力学、单细胞的分子分型及具有多重成像的肿瘤异质性分析。此外，通过多重DNA编码的荧光信号可以实现细胞谱系追踪溯源和基因筛选。最后，作者们对该领域目前面临的挑战进行了讨论，现有很多成像技术依赖核酸扩增方法提高检测效率，这些策略不适用活细胞成像，需要开发高效的无酶扩增方法或基于Cas9的序列识别和信号扩增方法。另外，作者们还对该领域的发展方向进行了展望，DNA编码信号可以应用于数据存储领域，有望提高信息存储的效率和多路复用性。将DNA编码的荧光信号与现有的生物过程联系起来，可以用来观察细胞分子的实时运动并追踪活细胞中的信号通路等。

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