随着DNA纳米技术的不断发展和进步,越来越多的方法出现并应用于生物检测,临床诊断,药物治疗,计算化学等领域。现代生物传感器需要高灵敏度,极大的信号增强和显著的选择性来达到检测和诊断的目的。传统的分子信标无法进行信号放大,这极大的限制了它的适用范围。利用酶,DNA酶和纳米粒子的信号放大的过程通常是相当复杂的,并限于特定的应用范围。在本文中,我们设计了自动的DNA扩增系统来构建基于传统分子信标结构的崭新的和简便的生物传感器。通过这种纳米机器的杂交扩增,这种经过改进的可扩增分子信标可以大大提高探测信号和检出限,并能应用于核酸检测,区分单碱基错配。通过引入适配体序列,这种可扩增分子信标也可以检测蛋白质和小分子,比如对β-肌动蛋白基因和凝血酶的检测。我们同时进一步证实了可扩增分子信标具有较高的灵敏度和稳定性,其扩增能力为在活细胞中检测miRNA提供了可能。可扩增分子信标的简单性和灵活性使它具有更广泛的应用前景。Toehold结构,作为链交换反应的核心,具有举足轻重的作用。研究人员针对toehold的长度,与链交换区域的距离,位置等要素做了许多工作。不过,在大多数情况下,toehold结构始终被默认为双链结构。在本论文中,我们改变了它的基本构型和链交换机理,设计了一个仅仅以DNA G-四链体为toehold结构诱导的DNA链交换反应。当反应环境中加入PEG时,这种分子拥挤试剂使得反应可以容易的发生,我们可以通过调节PEG的浓度和聚合度来控制反应,同时也可以通过改变G-四链体的结构来进行调节。同时我们还在迁移链中引入了错配的碱基,使链交换反应在水溶液中也可以顺利进行。紧接着我们还设计了基于这种特殊链交换的DNA链式扩增反应,通过G-四链体这一结构的特征实现无需荧光标记的检测体系,这种方法具有成本低,无需标记,灵敏度高和选择性强的特性,具有在DNA的纳米机器,生物传感和疾病诊断方面的应用潜力。