核酸,作为由许多核苷酸组成的生物大分子化合物,是生命的最基本物质之一。功能性核酸除了作为遗传信息载体以外,还具有与特异性配体结合的能力以及催化活性。功能性核酸由于其独特的结构和性质特点,为生物分析和生物传感的发展提供了新的技术平台,成为国际生物分析和传感器研究的热点。本论文系统地研究了功能性核酸在生物分析和生物传感领域的研究潜力和应用前景,基于信号扩增放大技术发展了一系列分别以蛋白质、小分子和核酸为检测对象的高灵敏性高选择性的生物传感技术,为拓展功能性核酸在分子化学、生物化学、医学、环境等领域的研究提供了新思路。本论文的具体内容和主要实验结果如下:从核酸适配体的基本结构和特性出发,充分挖掘其在生物分析中的应用优势:利用核酸适配体与目标物特异性识别并结合的能力,结合滚环扩增反应,探索功能性核酸与信号扩增放大反应在生物分析领域的优势,构建了基于核酸适配体的蛋白质比色传感器,证明了核酸适配体在生物分析和生物传感领域有很好的应用前景。在证明核酸适配体可以通过与目标物形成高度稳定的复合物,从而抑制滚环扩增反应后,我们引入另一种功能性核酸-脱氧核酶实现了从signal off型向signal on型转变的新型生物传感器。我们利用核酸适配体的结合能力以及荧光探针,建立了一个控制DNAzyme活性的平台,实现了对蛋白质及小分子的高灵敏度和高特异性检测,得到了一个通用的检测分析模型。具有自我磷酸化功能的脱氧核酶是利用体外筛选技术得到的一种具有催化功能的单链DNA片段。它能够把GTP作为自己的磷酸基团供体,实现DNA分子的自我磷酸化。我们利用该脱氧核酶的高效的催化活性和特异识别能力,同时结合λ外切酶的剪切能力,以及基于限制性内切酶的酶级联放大反应建立了一个荧光放大检测平台。这种方法不仅能够检测GTP含量,同时在功能性脱氧核酸在生物分析的应用方面显示出巨大的潜力。从DNA的微观结构特点和互补双链结合特性展开研究,充分挖掘其在生物分析中的优势,研究了DNA组装结构的miRNA响应性能。我们以miRNA作为“燃料”,结合链置换技术和滚环扩增放大技术,构建DNA纳米结构,实现对与肺癌发生相关的let-7a的高灵敏度特异性识别。