组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
DNA、RNA、mRNA、单核苷酸多态性（SNP）、蛋白质（SSB、LDH）、酶（核酸酶、DNA连接酶、多聚核苷酸激酶）、小分子（NAD、ATP）；样品基质：PCR反应液、细胞裂解液、活细胞、生物样品
检测原理
分子信标（MB）为 DNA 发夹探针，环区与靶 DNA/RNA 互补，两端分别连接荧光供体与淬灭受体。无靶时茎区自互补形成发夹，使供体与淬灭剂靠近，发生静态/接触淬灭或 FRET，荧光被抑制；加入靶核酸后，环区与靶杂交形成更稳定的双链，迫使茎区打开，供体与淬灭剂空间分离，荧光恢复。荧光强度随靶浓度增加而升高，因此可实时、免分离检测。表面固定 MB 时，玻璃、金或凝胶基底提供界面，金表面还可增强淬灭；LNA、PNA、2'-OMe、l-DNA 等修饰提高热力学稳定性与核酸酶抗性，超淬灭和 PPE 标记则通过提高淬灭效率或荧光亮度增强信噪比。
检测灵敏度
原文未报告统一 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2；仅提及 MB 灵敏度在纳摩尔至亚纳摩尔范围（nanomolar to subnanomolar range）。
效应效果
MB 因三态热力学行为比线性探针更特异：完全匹配 MB-靶双链熔解温度约 42°C，单碱基错配为 28–31°C；AFM 单分子断裂力差为 0.50±0.11 nN，高于线性探针 0.21±0.08 nN。金表面固定 MB 杂交后荧光增强 >100 倍；三 dabcyl 超淬灭使淬灭效率由 92.9% 升至 99.7%，信噪比由 14 升至 320，Tm 提高 5°C。PPE-MB 比 Cy3 亮约 20 倍、比 ALX488 亮 6 倍以上，单链 PPE 亮度约为量子点 75%。NAD 检测比现有方法更快、选择性更好且约灵敏 10 倍；LNA-MB 95°C 保持发夹，细胞内 24 h 仍功能。原文未报告 RSD 或回收率。
传感器的构成
- 识别元件：DNA/RNA 发夹分子信标（MB），环区 15–30 nt 与靶核酸互补，负责特异性识别
- 茎区：短互补茎序列（通常 5–7 bp，可含 LNA/PNA/2'-OMe/l-DNA），维持发夹构象并决定选择性
- 荧光供体：FAM、Cy3、TMR、ALX488 或共轭聚合物 PPE，位于 MB 一端，杂交后恢复荧光
- 淬灭受体：dabcyl、BHQ1、BHQ2、金纳米颗粒（Au-NP）或金表面，位于另一端，无靶时静态/接触淬灭
- 表面固定层：玻璃、金、聚丙烯酰胺（PAA）或琼脂糖，经生物素-亲和素、硫醇-金或酰胺键固定 MB
- 信号读出：荧光检测、共聚焦显微镜、光纤探针或流式细胞术，读取 MB 荧光变化
中文摘要
分子信标（MBs）是一类经分子工程设计的 DNA 发夹探针，由约 15–30 个碱基的靶识别环区和两侧互补茎区组成，两端分别连接荧光供体与淬灭受体。无靶时茎环结构使供体与淬灭剂靠近，发生静态/接触淬灭或荧光共振能量转移（FRET），背景荧光低；靶 DNA/RNA 与环区杂交后茎区打开，供体与淬灭剂分离，荧光恢复，从而无需分离未结合探针即可实时检测。本文综述 MB 的设计基础，包括能量转移、热力学、动力学与选择性，以及 2'-OMe、PNA、LNA、量子点、共轭聚合物、金纳米颗粒和超淬灭等改进策略。文章进一步总结 MB 在实时 PCR、RCA/NASBA、三链 DNA、SNP 基因分型、蛋白质/酶/小分子监测、生物传感器与生物芯片、活细胞 mRNA 成像和神经元基因表达研究中的应用，并讨论细胞内递送、核酸酶降解、非特异蛋白结合和背景荧光等挑战。
英文摘要
Molecular beacons (MBs) are specifically designed DNA hairpin structures that are widely used as fluorescent probes. Applications of MBs range from genetic screening, biosensor development, biochip construction, and the detection of single-nucleotide polymorphisms to mRNA monitoring in living cells. The inherent signal-transduction mechanism of MBs enables the analysis of target oligonucleotides without the separation of unbound probes. The MB stem-loop structure holds the fluorescence-donor and fluorescence-acceptor moieties in close proximity to one another, which results in resonant energy transfer. A spontaneous conformation change occurs upon hybridization to separate the two moieties and restore the fluorescence of the donor. Recent research has focused on the improvement of probe composition, intracellular gene quantitation, protein-DNA interaction studies, and protein recognition.