DNA（Deoxyribonucleic Acid）作为生命体储存和传递遗传信息的基本载体,具有精确的Watson-Crick碱基互补配对特性和碱基序列排列的多样性,经过一系列的化学合成和改造后,成为具有多种生物化学功能的纳米级的功能核酸材料。功能核酸材料具有高度可设计性、结构可预测性和可编程性等优势,能够通过精确的核酸链置换反应、级联化学反应网络和核酸智能逻辑运算等方式实现特定的核酸传感分析功能和用于构建精细的核酸纳米器件等。核酸适配体是能够高特异性、高亲和力地结合各种分子靶标的寡核苷酸短链,被誉为“化学抗体”,具有易于储存、免疫原性低、易于化学改造和修饰等优势,可作为细胞膜表面蛋白特异性识别的工具。功能核酸器件能够集成识别功能、控制功能和逻辑运算功能于一体,可执行复杂的分子任务,在生物识别、传感分析和人工智能分子设计等领域具有广阔的应用前景。配体-受体相互作用在多种细胞外和细胞内信号转导事件中发挥重要作用。配体-受体之间相互作用的动力学研究对精准的细胞行为调控,如生长、分化、迁移、凋亡等至关重要。许多蛋白质或多肽配体,如生长因子（Growth Factor）和细胞因子等（Cytokines）,具有在细胞间或组织间充当化学通讯者的生理作用。配体-受体相互作用的失调会引起细胞功能缺陷和异常,导致不同的疾病状态。因此,配体-受体相互作用的有效调节对多种疾病具有治疗潜力。但是,由于与配体相互作用的受体通常在多种细胞群落中表达,使得配体难以靶向特定的细胞,导致严重的功能多效性和不良的脱靶毒性,从而限制了信号配体的临床效用。因此,对配体-受体介导的细胞信号通路的选择性靶向调控,可显著缩小靶细胞调控的群落,提高细胞靶向治疗的精度。基于以上细胞调控领域面临的挑战和功能核酸材料提供的优良工具,本论文构建了一种基于功能核酸的选择性细胞调控策略和细胞因子检测方法,用于精准的细胞调控和传感分析。具体研究内容如下:（1）基于核酸适配体的高特异性和亲和力等优异性能,本文构建了一种用于控制配体-受体相互作用的核酸分子锁扣。选取人源肝细胞生长因子（Hepatic Growth Factor,HGF）作为调控的目标配体,调节HGF与其天然受体c-Met（Cellular mesenchymal-epithelial transition factor）的相互作用。通过分子动力学模拟对核酸适配体锁扣（Apt-HGF）/HGF以及HGF/c-Met之间关键结合位点进行研究,发现核酸适配体对HGF的阻断机理可能是前者占据了HGF与c-Met的结合位点,这意味着HGF/Met的相互作用可以通过改变Apt-HGF的构象进行调控。随后,本文运用核酸适配体的互补链能够与其进行杂交并形成稳定的双螺旋结构,从而导致核酸适配体锁扣的构象改变,不再结合于靶标,实现了HGF锁扣开关的可控性研究,为信号配体的人为调控提供了实用的工具包。（2）结合前面开发的HGF锁扣工具,本章开发了基于功能核酸的细胞选择性调控策略,用于特定细胞群落的选择性c-Met信号通路的调控。该策略运用核酸适配体的特异性识别功能对细胞膜表面蛋白进行鉴别,实现了选择性的细胞信号转导和精确的细胞调控。这种选择性的调控策略可以通过简单地切换识别细胞膜表面蛋白的核酸适配体而具有扩展性的应用。同时,通过将解锁链更换为核酸适配体锁扣链,可以实现对配体-受体相互作用的选择性抑制。这使得人为选择性的调控细胞信号通路成为可能,为解决配体治疗剂的多效性和不良的脱靶毒性等问题提供了一种有前景的方法。（3）为了实现更高阶的选择性细胞调控,本章构建了一种能够特异性识别细胞膜表面多种蛋白组合的“扫描-解锁”智能DNA分子自动机。该自动机能够通过核酸化学反应网络进行智能布尔逻辑运算,精确分析细胞膜表面的多种蛋白组分,并通过执行AND逻辑和NIMPLY逻辑运算实现高阶的选择性细胞调控,能够用于共培养体系的细胞选择性激活,具有一定的实用性。进一步地,我们还选取了肿瘤坏死因子α（Tumor Necrosis Factor-α,TNFα）进行TNFR1信号通路的高阶选择性逻辑调控,并实现了选择性的细胞程序性死亡。本策略提供了一种智能的高阶选择性细胞调控方案,为降低信号配体的脱靶副作用、实现精准给药的生物医学研究提供了一种通用的研究方法。（4）细胞因子是能够参与多种细胞调节的分泌型蛋白质/多肽,在细胞信号转导过程中具有重要作用,细胞因子的检测在疾病诊疗中尤为重要。当前的细胞因子检测技术存在难以实现原位或单细胞水平的检测等限制。针对这些限制,本章构建了一种基于核酸适配体的细胞因子TNFα检测技术。我们分别构建了基于分子核酸适配体信标变构的检测方法、封闭链离去型的检测方法以及两步法打开分子信标的检测方法。通过对三种检测方案进行对比分析,我们得出两步法的检测方案具有最佳的检测性能,可以实现纳摩尔级别的细胞分泌因子检测。本文通过将最佳检测方案应用于细胞分泌的TNFα检测成像,实现了单细胞水平的细胞因子检测。