本论文通过DNA纳米自组装技术采用一步法合成了功能化的DNA纳米结构四面体。功能化的DNA四面体纳米结构的三个顶点修饰了巯基通过金-硫键牢固地固定在金电极表面,另一个顶点延伸出捕获探针与生物分子相互作用,构建电化学生物传感器。由于四面体具有一定的刚性,可以防止探针间的相互缠绕和倒伏在电极表面,增加了目标分子与电极表面捕获探针的接触机会,并且由于四面体具有一定的厚度提供了类似溶液相的性质可以有效地降低表面效应提高杂交效率。与单链DNA修饰的表面相比,DNA四面体修饰的电极表面重复性和稳定性都更好。结合四面体的独特优势,本论文制备了一系列基于DNA纳米结构探针的电化学生物传感器,主要研究内容有:　　 1.为了克服电化学核酸适体传感器的灵敏度常常由于探针处于异相拥挤表面而限制了目标分子与探针结合以及干扰核酸适体结构形成的影响,我们将核酸适体与DNA四面体纳米结构结合,制备了基于DNA纳米结构的超灵敏电化学可卡因传感器。我们发现修饰了连有核酸适体的DNA纳米结构的电极表面可以大大促进可卡因与核酸适体的结合。该方法对可卡因的检测十分灵敏,检测限可达33nM。另外,还发现四面体修饰表面具有抵抗蛋白吸附的能力,不仅可以很好地适应我们采用的酶放大体系,还能确保我们在血清或者复杂的混合样品检测中具有高度的选择性。　　 2.MiRNAs不仅在细胞的一系列发育过程中起着重要的调控作用,还发现它的异常表达直接与很多疾病和癌症相关,最近研究发现它可以稳定地在血清中存在,是一类非常有前景的肿瘤标记物。与传统的PCR均相检测方法相比,基于表面反应的电化学生物传感器对疾病相关的miRNAs检测具有更加廉价、更容易实现床边检测的优点。然而,电化学miRNAs传感器的灵敏度常常受到界面间传质过程和拥挤效应的限制。为了解决这些难题,我们将三维DNA纳米结构修饰到电极表面增强表面分子的结合能力和提高检测灵敏度。我们发现改进表面后的传感器可以检测到aM水平(<1000个分子)的miRNAs并且具有很好的单碱基识别能力。这种超灵敏的电化学miRNAs传感器具有良好的重复性并且不需要对miRNAs进行标记和PCR扩增,它能够既方便又可靠地分析食管鳞状细胞癌病人样本中的miRNAs表达水甲。　　 3.在前面基于DNA纳米结构的夹心法电化学miRNAs传感器的基础上,我们又设计了一种基于间隙分析法的检测前列腺癌相关的miRNAs的方法,该方法具有操作步骤简单、杂交时间短、灵敏度高和特异性好等特点。我们可以检测出100μL体系中1aM的miRNAs(约60个分子),并且可以区分1pM的let-7家族的miRNAs的单碱基错配。对于前列腺癌相关的肿瘤细胞中的miRNAs表达分析只需要50 ng的样品。该方法可以采用同一种捕获探针和一种通用信号探针,在加入一条helper链的情况下实现多种miRNAs的检测,具有开发多通道电化学miRNAs传感器的潜力。　　 4.制备一种基于DNA纳米结构构型变化的电化学miRNAs传感器。该方法通过将DNA四面体顶端延伸出来的一条单链形成茎环结构,茎环结构在没有目标miRNAs存在时不能与通用信号探针结合,也就没有信号产生;而在加入目标miRNAs时被打开与通用信号探针结合产生电化学信号。该方法检测限为10 aM。该方法也可以采用同一信号探针用于多通道的电化学miRNAs传感器研究。