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检测临床相关的疾病特异性生物分子,包括核酸、循环肿瘤细胞、蛋白质、抗体和细胞外囊泡,对于了解其在疾病诊断和预后中的作用是必不可少的。因此,在当前的临床研究中正在出现用于检测这些低丰度生物分子的生物传感器。荧光生物传感器由于其快速、灵敏、操作简单和成本低等特性而受到了特别关注,并为在生物分析领域中的应用提供了新的机遇。本文利用DNA纳米技术的高信号放大功能的特点,成功构建了稳定性好,可重现性和选择性好的荧光生物传感器,并将其用于目标物的检测。本文的研究内容分为以下三个部分:1.基于新型DNA水凝胶放大信号探针结合DNA Walker放大多功能荧光检测microRNA在这项工作中,首次开发了一种基于杂交链式反应和DNA Walker多重扩增的DNA水凝胶多功能荧光平台,实现了对miRNA-141的超灵敏检测。首先提出了一种加载效率更高、扩增效果显著的磁珠DNA步行机,将目标miRNA转化为大量的产物DNA S3。然后利用丙烯酰胺功能化的DNA(H2和S1)合成了两种不同的共聚物链P1和P2。借助了氨基功能化SiO2微球上的DNA S3和H1,启动了P1和P2中发夹DNA H2和H3之间的HCR,从而组装出一种新型的DNA交联水凝胶。将丰富的SYBR Green I(SG I)插入水凝胶的双链DNA(dsDNA)中或在水凝胶上标记大量的CdTe量子点(QDs),多功能的荧光探针可以提供放大的荧光信号,用于miRNA的超灵敏检测。利用DNA步行机、HCR、DNA水凝胶和SiO2微球这些多重扩增的优势,所提出的策略证明了对miRNA的多种测定具有超高灵敏度的良好性能,并且使用SG I检测低至0.1 aM和CdTe QDs荧光探针检测低至0.11 aM。此外,该方法可用于人类前列腺癌中miRNA-141的测定,具有良好的精确度,表明该传感策略在疾病诊断和生物医学分析方面具有良好的应用前景。2.基于DNA树突状大分子荧光探针与链置换扩增超灵敏检测汞离子本工作采用末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)催化无模板聚合延伸结合生物条形码(BBC)扩增的方法,在SiO2微球上可控组装了一种新型树突状扩增荧光信号探针,用于Hg2+的超灵敏检测。在目标Hg2+的存在下,胸腺嘧啶T-Hg2+-T发夹结构形成,进而引发链置换扩增(SDA)反应,产生模拟目标MT。MT与SiO2微球上的捕获探针1(C1)杂交,形成具有突出3’-羟基化序列稳定的DNA双链体,从而启动基于TdT的DNA延伸,产生丰富的聚鸟嘌呤序列(G1)。然后G1与富含胞嘧啶(C)的捕获探针C2杂交,将多个C2/报告探针-AuNPs组装到SiO2微球上。报告探针进一步启动TdT延伸聚T序列(T1),以杂交大量的信号探针,产生非常高的荧光信号,用于灵敏检测目标Hg2+。这种基于TdT信号放大方法与SDA相结合,对Hg2+检测具有极好的选择性和高灵敏度,其检测限低至1.0 aM。所提出的高灵敏度荧光策略在检测环境和生物领域中的靶标方面具有巨大潜力。3.基于DNA Walker扩增与超支化DNA纳米结构的多功能荧光平台用于多目标检测和癌细胞药物输送在这项工作中,开发了一种新的基于超支化杂交链式反应(HB-HCR)的荧光扩增平台,并结合了Walker扩增技术对Cu2+和ATP进行多功能检测。首先引入了一种新颖的点击化学反应,触发磁珠(MBs)上的DNA步行机,将目标Cu2+转化为许多产物DNA S3。借助氨基官能化SiO2微球上的DNA S3和H1,启动发夹HS-DNA,H3和LT之间的HB-HCR,组装出具有大量荧光Cy5的新型树突状DNA结构,从而获得了极大的扩增信号,可用于超灵敏检测Cu2+。此外,树突结构包含大量具有丰富GC碱基的双链DNA,可为化疗药物阿霉素(Dox)提供许多装载位点。ATP与树突状DNA结构中适体的特异性结合可以释放Dox,从而激活了Dox荧光用于检测ATP。更重要的是,负载Dox的树突状DNA纳米结构通过内吞作用进入肿瘤细胞,然后与内源性ATP相互作用,释放出Dox以有效治疗癌细胞。利用HB-HCR在SiO2微球上的多次扩增、点击化学反应、DNA步行机和Dox的释放优势,该方法能够对Cu2+和ATP进行超灵敏检测,检测限分别低至0.1 fM和1.0 aM,可广泛应用于基础研究和生物医学应用中多种类型生物分子的多种准确检测。这种树突状DNA纳米结构为设计用于疾病治疗的智能纳米设备提供了有希望的工具。