球形核酸(Spherical Nucleic Acids，SNAs)是一类核酸纳米结构，由核层与壳层两部分构成，其中核层由无机或有机的纳米颗粒构成，壳层由高度取向致密排列的核酸链构成。与核酸单链相比，SNAs具有抗核酶切、细胞递送效率高等优点，在基因调控、疾病诊断和药物递送等领域具有广阔的应用前景。但是，SNAs的颗粒尺寸与修饰的壳层链数目(“价键”)大多不可控，使得SNAs呈现出多分散性。这种多分散性极大地限制了研究工作者对其构效关系、反应机理的研究，也阻碍了其在生物传感等方面的应用。DNA纳米技术具有可编程性、可寻址性和可预测性等优点，有助于构建尺寸可控、修饰密度可调的单分散纳米材料，可为解决SNAs存在的上述问题提供新的研究工具。
　　本论文利用DNA纳米技术成功构建了单分散的新型分子球形核酸。通过可控调节分子球形核酸的表面密度，其构效关系得以更加高效地研究。此外，结合催化发卡自组装(Catalytic Hairpin Assembly，CHA)的信号放大策略，本论文还构建了一种“价键”可控的microRNA(miRNA)生物传感核酸探针。这些探针具有可调的生物传感性能，如灵敏度、响应范围和检测限等，并实现miRNA21表达水平不同细胞系的成像。本论文的具体研究内容为：
　　第2章中，我们首次基于立方体框架核酸(Framework Nucleic Acid，FNAs)提出了新型分子球形核酸的构建策略。通过合理的碱基设计，我们开发出一系列价键可调的新型分子球形核酸，并在此基础上研究了其构效关系。我们发现球形核酸的壳层修饰密度是其抗酶切性能和进细胞效率的重要影响因素。第3章中，基于CHA放大技术，我们开发出了一系列不同价键的分子球形核酸荧光探针。通过改变探针中的单组分配比，我们发现其具有可调的响应速率、灵敏度和响应范围等。此外，分子球形核酸探针能够实现细胞内低丰度靶标分子(miRNA)的成像。第4章中，通过调节探针中的双组分配比，我们总结了最优探针的构建规律，并对其普适性进行了探究。此外，探针还能够对不同miRNA表达水平的细胞系进行区分。以上研究表明：通过合理的碱基序列设计，探针中的组分可实现精确的调控，其对应的生物传感性能也相应可进行调节。
　　综上，我们基于DNA纳米技术开发了单分散的球形核酸，这为研究球形核酸的构效关系提供了新的研究思路。此外，我们还开发出具有可调生物传感性能的分子球形核酸探针，成功实现了细胞水平上低丰度靶标分子的成像与分析。