Toehold是指在双链DNA 末端的由6-10 个碱基组成的单链DNA 片段。由Toehold区域开始并利用DNA链杂交引导反应进行DNA链置换反应。其核心原理是不同核酸分子与互补链之间竞争杂交，获得热力学更加稳定的双链。核酸单链与双链复合体中的Toehold末端结合，发生碱基交换的分支迁移，形成新的双链复合体与新的核酸单链。整个反应过程主要受吉布斯自由能变的控制。通过调节Toehold的长度和序列组成，影响自由能变，可以使链置换反应速率变化超过6个数量级，实现对基因片段中单碱基突变的有效区分。目前Toehold技术在核酸的高特异性、高灵敏度检测方面备受青睐。

Toehold技术通过利用不同核酸分子与互补链之间竞争杂交，大幅提高了正确靶标特异性及检测灵敏度，实验过程不需要核酸酶的参与，反应速度可通过调节碱基数量来控制，操作简便灵活。

Toehold技术凭借其在核酸的高特异性、高灵敏度检测方面备受青睐，广泛应用于肿瘤精准医疗、病原微生物检测及其他如构建分子马达、逻辑门和其他纳米装置，应用于生物传感器中信号放大的研究当中。