用于检测样品分析物的结构和方法与流程

背景技术：

1、个性化保健的当前状态是压倒性地以基因组为中心，主要集中于定量个体中存在的基因。虽然这种方法被证明是非常有效的，但它无法向临床医生提供个体健康的全貌。这是因为基因是个体的“蓝图(blueprints)”，并且它仅仅告知患病的可能性。在个体中，这些“蓝图”首先需要转录成rna，并然后翻译成各种蛋白质分子，细胞中的真正“作用物”，以便对个体的健康有任何影响。

2、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)以及蛋白质和小分子之间的相互作用与不同器官的健康、内环境稳定调节机制以及这些系统与外部环境的相互作用复杂地相关。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预测任何新出现的健康问题是至关重要的。例如，可以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肌(例如在心脏病发作期间)经受的应激量。

3、类似的蛋白质生物标志物也已被鉴定、验证并用于多种器官功能障碍(例如肝脏疾病和甲状腺疾病)、特定癌症(例如结肠直肠癌或前列腺癌)和感染性疾病(例如hiv和zika)。这些蛋白质之间的相互作用对于药物开发也是必需的，并且正日益成为高度寻求的数据集。在给定的体液样品中检测和定量蛋白质和其他分子的能力是这种保健开发的组成部分。

技术实现思路

1、本公开整体涉及用于检测和定量样品中的分析物分子的系统、结构和方法。

2、在一些实施方案中，本文提供了一种用于检测样品中存在的分析物分子的方法，所述方法包括：a)提供超分子结构，所述超分子结构包含：i)包含多个核心分子的核心结构，ii)在第一位置处连接到所述核心结构的捕获分子，以及iii)在第二位置处连接到所述核心结构的检测分子，其中所述超分子结构处于非稳态，使得所述检测分子被构造成通过在所述第二位置处使所述检测分子与所述核心结构之间的连接断裂而与所述核心结构解除结合；b)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非稳态转变为稳态，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；c)提供触发物以在所述第二位置处使所述检测分子与所述核心结构之间的所述连接断裂，其中所述检测分子通过与所述捕获分子的所述连接保持连接到所述核心结构；以及d)基于由转变为所述稳态的所述超分子结构提供的信号来检测所述分析物分子。

3、在一些实施方案中，本文提供了一种用于检测样品中存在的一个或多个分析物分子的方法，所述方法包括：a)提供多个超分子结构，每个超分子结构包含：i)包含多个核心分子的核心结构，ii)在第一位置处连接到所述核心结构的捕获分子，以及iii)在第二位置处连接到所述核心结构的检测分子，其中所述超分子结构处于非稳态，使得所述检测分子被构造成通过在所述第二位置处使所述检测分子与所述核心结构之间的连接断裂而与所述核心结构解除结合；b)使所述样品与所述多个超分子结构接触，使得至少一个超分子结构从所述非稳态转变为稳态，其中对应的检测分子和捕获分子通过与所述一个或多个分析物分子中的分析物分子结合而连接在一起，从而在所述对应的检测分子与捕获分子之间形成连接；c)提供触发物以在所述多个超分子结构的所述第二位置处使每个检测分子与对应的核心结构之间的所述连接断裂，其中转变为稳态的所述至少一个超分子结构的所述检测分子通过与所述对应的捕获分子的所述连接保持连接到所述对应的核心结构；以及d)基于由转变为所述稳态的所述至少一个超分子结构的相应超分子结构提供的信号来检测所述一个或多个分析物分子的相应分析物分子。在一些实施方案中，所述方法还包括将所述多个超分子结构从与任何未转变为稳态的超分子结构解除结合的任何检测分子分离。

4、在一些实施方案中，本文公开的任何方法还包括定量所述样品中的所述分析物分子的浓度。在一些实施方案中，本文公开的任何方法还包括鉴定所检测的分析物分子。在一些实施方案中，本文公开的任何方法还包括当所述分析物分子以单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，对于本文公开的任何方法，所述样品包括复杂生物样品，并且所述方法提供单分子灵敏度，从而增加所述复杂生物样品内分子浓度范围的动态范围和定量捕获。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述分析物分子包括蛋白质、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，对于本文公开的任何方法，每个超分子结构是纳米结构。

5、在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，每个核心结构是纳米结构。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，每个核心结构的所述多个核心分子排列成预定形状并且/或者具有规定的分子量。在一些实施方案中，所述预定形状被构造成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条或多条核酸链、一个或多个分支核酸、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，对于本文公开的任何方法，每个核心结构独立地包含支架化的脱氧核糖核酸(dna)折纸、支架化的核糖核酸(rna)折纸、支架化的接头杂交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的dna或rna折纸、肽结构或它们的组合。

6、在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，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、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，所述触发信号包括光信号、电信号或两者。在一些实施方案中，触发光信号包括微波信号、紫外线照射、可见光照射、近红外照射或它们的组合。

7、在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述相应分析物分子1)通过化学键结合到所述相应超分子结构的所述捕获分子并且/或者2)通过化学键结合到所述相应超分子结构的所述检测分子。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，每个超分子结构的所述捕获分子和检测分子独立地包括蛋白质、肽、抗体、适体(rna和dna)、荧光团、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到所述核心结构，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捕获接头与所述第二捕获接头之间的捕获桥，其中所述第一捕获接头结合到第一核心接头，所述第一核心接头结合到所述核心结构上的所述第一位置，其中所述捕获分子和所述第二捕获接头通过与第三捕获接头结合而连接在一起，并且b)所述检测分子通过检测条形码连接到所述核心结构，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检测接头和所述第二检测接头之间的检测桥，其中所述第一检测接头结合到第二核心接头，所述第二核心接头结合到所述核心结构上的所述第二位置，其中所述检测分子和所述第二检测接头通过与第三检测接头结合而连接在一起。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。

8、在一些实施方案中，所述捕获桥的所述聚合物核心和所述检测桥的所述聚合物核心独立地包含具有特定序列的核酸(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、所述第二核心接头、所述第一捕获接头、所述第二捕获接头、所述第三捕获接头、所述第一检测接头、所述第二检测接头和所述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括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基(acrydite)、nhs-酯、具有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，所述捕获条形码与1)所述第一核心接头和/或2)所述第三捕获接头之间的连接包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，所述检测条形码与1)所述第二核心接头和/或2)所述第三检测接头之间的连接包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，所述触发物使1)所述第一检测接头与所述第二核心接头和/或2)所述第一捕获接头与所述第一核心接头之间的连接断裂。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述捕获分子通过化学键结合到所述第三捕获接头，并且/或者所述检测分子通过化学键结合到所述第三检测接头。在一些实施方案中，所述捕获分子共价键合到所述第三捕获接头并且/或者所述检测分子共价键合到所述第三检测接头。

9、在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，处于所述非稳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，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的捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述预定距离为约3nm至约40nm。

10、在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，每个超分子结构还包含连接到所述核心结构的锚定分子。在一些实施方案中，所述锚定分子通过锚定条形码连接到所述核心结构，其中所述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锚定接头与所述第二锚定接头之间的锚定桥，其中所述第一锚定接头结合到第三核心接头，所述第三核心接头结合到所述核心结构上的第三位置，其中所述锚定分子连接到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述锚定分子包括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基、nhs-酯、具有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，所述锚定桥的所述聚合物核心包含具有特定序列的核酸(dna或rna)或聚合物如peg。在一些实施方案中，所述第三核心接头、所述第一锚定接头、所述第二锚定接头和所述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括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基、nhs-酯、具有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，所述锚定分子通过化学键连接到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述锚定分子共价键合到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，其中所述触发物使1)来自所述锚定分子的所述第二锚定接头、2)来自所述第三核心接头的所述第一锚定接头、或它们的组合进一步断裂。在一些实施方案中，所述第一位置和所述第二位置位于所述核心结构的第一侧上，并且所述第三位置位于所述核心结构的第二侧上。

11、在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述信号包含对应于转变为稳态的超分子结构的所述检测条形码、所述捕获条形码或它们的组合。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述方法还包括将每个检测条形码与转变为稳态的所述至少一个超分子结构的对应的检测分子分离，使得对应的信号包含用于检测结合到所述相应捕获分子和检测分子的所述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到所述相应检测分子的所述分析物分子的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个分离的检测条形码。在一些实施方案中，通过多路复用经由一个或多个转变为稳态的超分子结构来同时检测所述样品中的多个分析物分子。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，每个超分子结构的所述捕获分子和所述检测分子被构造用于结合到一种或多种特定类型的分析物分子。

12、在一些实施方案中，对于本文公开的包括使用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，每个超分子结构包含规定的形状、尺寸、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化学计量的所述捕获分子和检测分子，以便减少或消除所述多个超分子结构之间的交叉反应。

13、在一些实施方案中，对于本文公开的包括使用多个超分子结构的任何方法，每个超分子结构的所述非稳态还包含以预定距离间隔开的所述捕获分子和检测分子，以便减少或抑制第一超分子结构和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。在一些实施方案中，所述预定距离为约3nm和约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所述捕获分子与检测分子之间的所述预定距离。在一些实施方案中，所述多个超分子结构附接到一个或多个小组件、一种或多种固体载体、一种或多种聚合物基质、一种或多种固体基底、一种或多种分子冷凝物或它们的组合。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所述捕获分子与检测分子之间的所述预定距离。在一些实施方案中，所述一种或多种聚合物基质中的每种聚合物基质包含水凝胶珠。在一些实施方案中，一种或多种超分子基底附接到水凝胶珠。在一些实施方案中，每个超分子结构通过连接到对应的超分子结构的相应核心结构的对应的锚定分子与所述水凝胶珠共聚。在一些实施方案中，所述一个或多个超分子结构被包埋在所述水凝胶珠内。在一些实施方案中，每颗水凝胶珠与所述样品中的单细胞接触，用于以单细胞分辨率进行细胞内分析物分子检测。在一些实施方案中，所述一种或多种固体基质中的每种固体基质包含微粒。在一些实施方案中，一种或多种超分子基底附接到所述微粒的固体表面。在一些实施方案中，所述微粒包括聚苯乙烯颗粒、二氧化硅颗粒、磁性颗粒或顺磁性颗粒。在一些实施方案中，每种固体基底与所述样品中的单细胞接触，用于以单细胞分辨率进行细胞内分析物分子检测。在一些实施方案中，所述一种或多种固体基底中的每种固体基底包括平面基底。在一些实施方案中，多个超分子结构被设置在所述平面基底上，其中所述平面基底包括多个结合位点，其中每个结合位点被构造成与对应的超分子结构连接。在一些实施方案中，所述多个超分子结构被构造成检测相同的分析物分子。在一些实施方案中，对于包括使用平面基底的任何方法，所述方法还包括提供多个信号传导元件，所述多个信号传导元件被构造成与转变为所述稳态的所述至少一个超分子结构的所述检测分子连接。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构造成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，对于包括使用平面基底的任何方法，所述方法还包括对每个超分子结构进行条码化，以便识别每个超分子结构在所述平面基底上的位置。在一些实施方案中，对于包括使用平面基底的任何方法，所述方法还包括提供多个信号传导元件，所述多个信号传导元件被构造成与转变为所述稳态的所述至少一个超分子结构的所述检测分子连接。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。

14、在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述样品包含生物粒子或生物分子。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述样品包含水性溶液，所述水性溶液包含蛋白质、肽、肽片段、脂质、dna、rna、有机分子、病毒颗粒、外来体、细胞器或它们的任何复合物。在一些实施方案中，对于本文公开的任何方法，所述样品包括组织活检物、血、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。

15、在一些实施方案中，本文提供了一种用于检测样品中的一个或多个分析物分子的基底，所述基底包含多个超分子结构，每个超分子结构包含：a)包含多个核心分子的核心结构，b)在第一位置处连接到超分子核心的捕获分子，以及c)在第二位置处连接到所述超分子核心的检测分子，其中所述超分子结构处于非稳态，使得所述检测分子被构造成通过在所述第二位置处使所述检测分子与所述核心结构之间的连接断裂而与所述核心结构解除结合；其中每个超分子结构被构造成通过所述检测分子、所述捕获分子和所述一个或多个分析物分子中的相应分析物分子之间的相互作用而从所述非稳态转变为稳态；其中，在与触发物相互作用时，转变为所述稳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。

16、在一些实施方案中，其中当与所述触发物相互作用时，与处于所述非稳态的超分子结构连接的每个检测分子变得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所述捕获分子与检测分子之间的所述预定距离。在一些实施方案中，所述基底包含固体载体、固体计算、聚合物基质或分子冷凝物。在一些实施方案中，所述样品包括复杂生物样品，并且所述方法提供单分子灵敏度，从而增加所述复杂生物样品内分子浓度范围的动态范围和定量捕获。在一些实施方案中，所述一个或多个分析物分子包括蛋白质、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，每个超分子结构是纳米结构。在一些实施方案中，每个核心结构是纳米结构。在一些实施方案中，每个核心结构的所述多个核心分子排列成预定形状并且/或者具有规定的分子量。在一些实施方案中，所述预定形状被构造成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，每个核心结构的所述多个核心分子包含一条或多条核酸链、一个或多个分支核酸、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，每个核心结构独立地包含支架化的脱氧核糖核酸(dna)折纸、支架化的核糖核酸(rna)折纸、支架化的接头杂交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的dna或rna折纸、肽结构或它们的组合。在一些实施方案中，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、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，所述触发信号包括光信号、电信号或两者。在一些实施方案中，触发光信号包括微波信号、紫外线照射、可见光照射、近红外照射或它们的组合。在一些实施方案中，所述相应分析物分子1)通过化学键结合到所述捕获分子，并且/或者2)通过化学键结合到所述检测分子。在一些实施方案中，每个超分子结构的所述捕获分子和检测分子独立地包括蛋白质、肽、抗体、适体(rna和dna)、荧光团、darpin、催化剂、聚合引发剂、聚合物如peg、或它们的组合。

17、在一些实施方案中，其中对于所述基底的每个超分子结构：a)所述捕获分子通过捕获条形码连接到所述核心结构，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捕获接头与所述第二捕获接头之间的捕获桥，其中所述第一捕获接头结合到第一核心接头，所述第一核心接头结合到所述核心结构上的所述第一位置，其中所述捕获分子和所述第二捕获接头通过与第三捕获接头结合而连接在一起，并且b)所述检测分子通过检测条形码连接到所述核心结构，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检测接头与所述第二检测接头之间的检测桥，其中所述第一检测接头结合到第二核心接头，所述第二核心接头结合到所述核心结构上的所述第二位置，其中所述检测分子和所述第二检测接头通过与第三检测接头结合而连接在一起。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，其中所述捕获桥的所述聚合物核心和所述检测桥的所述聚合物核心独立地包含具有特定序列的核酸(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、所述第二核心接头、所述第一捕获接头、所述第二捕获接头、所述第三捕获接头、所述第一检测接头、所述第二检测接头和所述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括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基(acrydite)、nhs-酯、具有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，所述捕获条形码与1)所述第一核心接头和/或2)所述第三捕获接头之间的连接包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，所述检测条形码与1)所述第二核心接头和/或2)所述第三检测接头之间的连接包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，所述触发物使1)所述第一检测接头与所述第二核心接头和/或2)所述第一捕获接头与所述第一核心接头之间的连接断裂。在一些实施方案中，所述捕获分子通过化学键结合到所述第三捕获接头，并且/或者所述检测分子通过化学键结合到所述第三检测接头。

18、在一些实施方案中，所述捕获分子共价键合到所述第三捕获接头并且/或者所述检测分子共价键合到所述第三检测接头。在一些实施方案中，处于所述非稳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的捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生。所述预定距离为约3nm至约40nm。

19、在一些实施方案中，每个超分子结构还包含连接到所述核心结构的锚定分子。在一些实施方案中，所述锚定分子通过锚定条形码连接到所述核心结构，其中所述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锚定接头与所述第二锚定接头之间的锚定桥，其中所述第一锚定接头结合到第三核心接头，所述第三核心接头结合到所述核心结构上的第三位置，其中所述锚定分子连接到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述锚定分子包括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基、nhs-酯、具有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，所述锚定桥的所述聚合物核心包含具有特定序列的核酸(dna或rna)或聚合物如peg。在一些实施方案中，所述第三核心接头、所述第一锚定接头、所述第二锚定接头和所述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括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基、nhs-酯、具有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，所述锚定分子通过化学键连接到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述锚定分子共价键合到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述触发物使1)来自所述锚定分子的所述第二锚定接头、2)来自所述第三核心接头的所述第一锚定接头、或它们的组合进一步断裂。在一些实施方案中，所述第一位置和所述第二位置位于所述核心结构的第一侧上，并且所述第三位置位于所述核心结构的第二侧上。

20、在一些实施方案中，所述信号包含对应于转变为稳态的超分子结构的所述检测条形码、所述捕获条形码或它们的组合。在一些实施方案中，来自转变为稳态的至少一个超分子结构的对应的检测分子的每个检测条形码被构造成与所述对应的检测分子分离，使得对应的信号包含用于检测结合到所述对应的检测分子的所述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到所述相应检测分子的所述分析物分子的dna信号。在一些实施方案中，至少一个分离的检测条形码被构造成使用基因分型、qpcr、测序或它们的组合进行分析。在一些实施方案中，一个或多个超分子结构被构造用于多路复用所述样品，其中所述样品中的多个分析物分子被同时检测。在一些实施方案中，每个超分子结构的所述捕获分子和所述检测分子被构造用于结合到一种或多种特定类型的分析物分子。

21、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，每个超分子结构包含规定的形状、尺寸、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化学计量的所述捕获分子和检测分子，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非稳态还包含以预定距离间隔开的所述捕获分子和检测分子，以便减少或抑制第一超分子结构和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。在一些实施方案中，所述预定距离为约3nm和约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所述捕获分子与检测分子之间的所述预定距离。

22、在一些实施方案中，每个基底包含小组件、固体载体、聚合物基质、固体基底或分子冷凝物。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所述捕获分子与检测分子之间的所述预定距离。在一些实施方案中，所述聚合物基质包含水凝胶珠。在一些实施方案中，一种或多种超分子基底附接到所述水凝胶珠。在一些实施方案中，每个超分子结构通过连接到对应的超分子结构的相应核心结构的对应的锚定分子与所述水凝胶珠共聚。在一些实施方案中，所述一个或多个超分子结构被包埋在所述水凝胶珠内。在一些实施方案中，每颗水凝胶珠被构造成与所述样品中的单细胞接触，用于以单细胞分辨率进行细胞内分析物分子检测。在一些实施方案中，所述固体基底包含微粒。在一些实施方案中，一种或多种超分子基底附接到所述微粒的固体表面。在一些实施方案中，所述微粒包括聚苯乙烯颗粒、二氧化硅颗粒、磁性颗粒或顺磁性颗粒。在一些实施方案中，每种固体基底被构造成与所述样品中的单细胞接触，用于以单细胞分辨率进行细胞内分析物分子检测。在一些实施方案中，所述固体基底包括平面基底。在一些实施方案中，多个超分子结构被设置在所述平面基底上，其中所述平面基底包括多个结合位点，其中每个结合位点被构造成与对应的超分子结构连接。在一些实施方案中，所述多个超分子结构被构造成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构造成与转变为所述稳态的所述至少一个超分子结构的所述检测分子连接。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构造成检测与其他超分子结构不同的分析物分子。

23、在一些实施方案中，所述样品包含生物粒子或生物分子。在一些实施方案中，所述样品包含水性溶液，所述水性溶液包含蛋白质、肽、肽片段、脂质、dna、rna、有机分子、病毒颗粒、外来体、细胞器或它们的任何复合物。在一些实施方案中，所述样品包括组织活检物、血、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。

24、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超分子结构，所述超分子结构包含：a)包含多个核心分子的核心结构，b)在第一位置处连接到超分子核心的捕获分子，以及c)在第二位置处连接到所述超分子核心的检测分子，其中所述超分子结构处于非稳态，使得所述检测分子被构造成通过在所述第二位置处使所述检测分子与所述核心结构之间的连接断裂而与所述核心结构解除结合；其中所述超分子结构被构造成通过所述检测分子、所述捕获分子和分析物分子之间的相互作用从所述非稳态转变为稳态；其中，在与触发物相互作用时，转变为所述稳态的所述超分子结构提供用于检测所述分析物分子的信号。

25、在一些实施方案中，所述样品包括复杂生物样品，并且所述方法提供单分子灵敏度，从而增加所述复杂生物样品内分子浓度范围的动态范围和定量捕获。在一些实施方案中，所述分析物分子包括蛋白质、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，所述超分子结构是纳米结构。在一些实施方案中，所述核心结构是纳米结构。在一些实施方案中，所述核心结构的所述多个核心分子排列成预定形状并且/或者具有规定的分子量。在一些实施方案中，所述预定形状被构造成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，每个核心结构的所述多个核心分子包含一条或多条核酸链、一个或多个分支核酸、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，所述核心结构独立地包含支架化的脱氧核糖核酸(dna)折纸、支架化的核糖核酸(rna)折纸、支架化的接头杂交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的dna或rna折纸、肽结构或它们的组合。在一些实施方案中，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、小有机分子或它们的组合。在一些实施方案中，所述触发信号包括光信号、电信号或两者。在一些实施方案中，触发光信号包括微波信号、紫外线照射、可见光照射、近红外照射或它们的组合。在一些实施方案中，所述分析物分子1)通过化学键结合到所述捕获分子，并且/或者2)通过化学键结合到所述检测分子。在一些实施方案中，每个超分子结构的所述捕获分子和检测分子独立地包括蛋白质、肽、抗体、适体(rna和dna)、荧光团、darpin、催化剂、聚合引发剂、聚合物如peg、或它们的组合。

26、在一些实施方案中，其中对于所述超分子结构：a)所述捕获分子通过捕获条形码连接到所述核心结构，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捕获接头与所述第二捕获接头之间的捕获桥，其中所述第一捕获接头结合到第一核心接头，所述第一核心接头结合到所述核心结构上的所述第一位置，其中所述捕获分子和所述第二捕获接头通过与第三捕获接头结合而连接在一起，并且b)所述检测分子通过检测条形码连接到所述核心结构，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检测接头与所述第二检测接头之间的检测桥，其中所述第一检测接头结合到第二核心接头，所述第二核心接头结合到所述核心结构上的所述第二位置，其中所述检测分子和所述第二检测接头通过与第三检测接头结合而连接在一起。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，所述捕获桥的所述聚合物核心和所述检测桥的所述聚合物核心独立地包含具有特定序列的核酸(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、所述第二核心接头、所述第一捕获接头、所述第二捕获接头、所述第三捕获接头、所述第一检测接头、所述第二检测接头和所述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括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基(acrydite)、nhs-酯、具有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，所述捕获条形码与1)所述第一核心接头和/或2)所述第三捕获接头之间的连接包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，所述检测条形码与1)所述第二核心接头和/或2)所述第三检测接头之间的连接包括化学键。在一些实施方案中，化学键包括共价键。在一些实施方案中，所述触发物使1)所述第一检测接头与所述第二核心接头和/或2)所述第一捕获接头与所述第一核心接头之间的连接断裂。在一些实施方案中，所述捕获分子通过化学键结合到所述第三捕获接头，并且/或者所述检测分子通过化学键结合到所述第三检测接头。在一些实施方案中，所述捕获分子共价键合到所述第三捕获接头并且/或者所述检测分子共价键合到所述第三检测接头。在一些实施方案中，处于所述非稳态的所述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，以便减少或抑制所述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对应的捕获分子和/或检测分子之间的交叉反应的发生。在一些实施方案中，所述预定距离为约3nm至约40nm。

27、在一些实施方案中，所述超分子结构还包含连接到所述核心结构的锚定分子。在一些实施方案中，所述锚定分子通过锚定条形码连接到所述核心结构，其中所述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锚定接头与所述第二锚定接头之间的锚定桥，其中所述第一锚定接头结合到第三核心接头，所述第三核心接头结合到所述核心结构上的第三位置，其中所述锚定分子连接到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述锚定分子包括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基、nhs-酯、具有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，所述锚定桥的所述聚合物核心包含具有特定序列的核酸(dna或rna)或聚合物如peg。在一些实施方案中，所述第三核心接头、所述第一锚定接头、所述第二锚定接头和所述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括胺、硫醇、dbco、马来酰亚胺、生物素、叠氮化物、丙烯酰胺基、nhs-酯、具有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，所述锚定分子通过化学键连接到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述锚定分子共价键合到所述第二锚定接头。在一些实施方案中，所述触发物使1)来自所述锚定分子的所述第二锚定接头、2)来自所述第三核心接头的所述第一锚定接头、或它们的组合进一步断裂。在一些实施方案中，所述第一位置和所述第二位置位于所述核心结构的第一侧上，并且所述第三位置位于所述核心结构的第二侧上。

28、在一些实施方案中，所述信号包含对应于转变为稳态的超分子结构的所述检测条形码、所述捕获条形码或它们的组合。在一些实施方案中，来自转变为稳态的超分子结构的对应的检测分子的所述检测条形码被构造成与所述对应的检测分子分离，使得对应的信号包含用于检测结合到所述对应的检测分子的所述分析物分子的相应检测条形码。在一些实施方案中，所述分离的检测条形码提供对应于结合到所述相应检测分子的所述分析物分子的dna信号。在一些实施方案中，所述分离的检测条形码被构造成使用基因分型、qpcr、测序或它们的组合进行分析。在一些实施方案中，所述超分子结构的所述捕获分子和所述检测分子被构造用于结合到一种或多种特定类型的分析物分子。

29、在一些实施方案中，所述超分子结构包含规定的形状、尺寸、分子量或它们的组合，以便减少或消除与另一超分子结构的交叉反应。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化学计量的所述捕获分子和检测分子，以便减少或消除与另一超分子结构的交叉反应。

30、在一些实施方案中，所述样品包含生物粒子或生物分子。在一些实施方案中，所述样品包含水性溶液，所述水性溶液包含蛋白质、肽、肽片段、脂质、dna、rna、有机分子、病毒颗粒、外来体、细胞器或它们的任何复合物。在一些实施方案中，所述样品包括组织活检物、血、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。

31、以引用方式并入

32、本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请以引用方式并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指示以引用方式并入本文。