自然界中存在多种具有别构效应的蛋白质，使得蛋白对靶标具有高亲和力和高特异性。受此启发，科学家尝试多种设计策略提升DNA适配体在配体结合时的正向同源别构效应 (即协同效应)。然而，人工设计DNA协同策略往往存在固有的缺点：适配体的亲和力会显著降低。

近日，大连理工大学刘猛教授团队提出通过设计多价超结构适配体来解决这一问题，具体通过组装具有三维结构的DNA适配体(3D DNA)实现对小分子和蛋白的高度协同效应，同时保持适配体的高亲和力；并利用这一特点制备了具有高灵敏响应能力的细胞膜锚定荧光探针，用于神经细胞刺激下外排内源ATP的成像。

将ATP适配体制备成3D DNA并利用结构转换策略构建^3DAapt探针，对该探针进行ATP响应，实验证明^3DAapt探针具有显著的协同效应，其表征协同效应强度的希尔系数 (n_H) 高达3.5±0.4；更令人振奋的是，^3DAapt的亲和力与单体^MAapt基本相同。

进一步研究发现^3DAapt中用于连接两个适配体的连接域 (DNA linker domain，DLD) 是产生协同效应的重要因素，DLD为ATP适配体的结构域提供了相互作用，使得适配体在初始结合事件后产生了对结合更有力的构象。而^3DAapt保持高亲和力的原因可能是由于提高了ATP分子的局域浓度。对^3DAapt探针的QDNA长度进行调节，发现不同设计下的^3DAapt探针具有不同的ATP响应范围。

用靶标DNA链 (target DNA strands，TDS) 取代ATP进行响应，发现3DAapt的协同效应明显降低，说明适配体-靶标物之间的独特相互作用是协同效应产生的重要因素。利用靶标物为蛋白大分子的PDGF适配体构建^3DPapt探针，PDGF响应实验证明^3DPapt具有显著协同效应 (n_H为6.3±1.5，单体^MPapt的nH仅为1.1±0.3)，表明该设计策略具有通用性。

利用^3DAapt探针构建细胞膜锚定探针，对刺激下细胞外排的内源ATP进行高灵敏检测。实验证明了^3DAapt探针在细胞膜上仍具有协同效应，n_H为3.3±0.4。采用^3DAapt对化学/物理刺激诱导下的神经元/星形胶质细胞释放的内源ATP进行检测，由于探针具有的高度协同效应，^3DAapt的响应能力约为^MAapt的3.4倍，说明探针对刺激后细胞外排ATP水平的微小变化具有高灵敏响应能力。

该工作首次提出利用组装具有三维结构的DNA实现适配体的协同效应，同时保持亲本适配体的高亲和力，该设计策略为生物传感、细胞成像和药物递送等适配体的实际应用提供了一种通用型新方法。