液晶是一种在一定温度范围呈现出不同于固态、液态和气态的特殊物质态,它的形成以分子长程取向与液体的流动性结合为前提,因此液晶兼有液相和固相的特性,既具有各向异性的晶体所特有的双折射性,又具有液体的流动性。液晶生物传感器从20世纪60年代得到科学家的认同以及深入研究之后,迅速发展成为一种新型生物传感技术,根据液晶基底的不同,液晶生物传感器可分为三类,固相型液晶生物传感器,液晶-液相型生物传感器和液滴型生物传感器,每种类型都有各自的特色以及优缺点,利用不同物质对液晶分子不同的诱导作用,使液晶分子取向发生变化,在这个过程中双折射率改变,可以通过偏光显微镜进行观察记录,利用显微镜图像的直观性,进行简单准确的判断,从而达到检测目的。在这些年的研究发展过程中,液晶生物传感技术在医学,农业,食品安全,国土安全,生物加工,环境和工业监测等行业中发挥了重要的作用,但是有关于液晶生物传感器的应用还需进一步探究,使其作为简单方便,高灵敏检测技术的同时,可以成为更加有力的检测工具。本论文中,我们结合液晶的研究基础以及核酸适体的特点,对液晶-液相生物传感器进行设计,实现对可卡因小分子以及ATP小分子的检测研究。(1)在实验小组前期对液晶-液相界面的作用机理的研究基础上,使用未掺杂任何表面活性剂的5CB液晶构建稳定的基底膜,5CB液晶分子取向主要由核酸适体与液晶分子之间的相互作用决定,也就是核酸适体的空间结构以及界面电场效应的相互作用,核酸适体构象的改变会影响界面双电层密度的变化,当界面形成稳定的双电层结构时,液晶分子垂直排列;当界面的双电层结构被破坏时,液晶分子的取向被扰乱,倾斜排列。本文根据这个原理构建液晶生物传感器,当可卡因分子未出现之前,核酸适体呈现出类似于发夹结构的形态,在液晶-液相界面中可以形成稳定的双电层结构,使得液晶分子呈现垂直排列,在偏光显微镜下可以看到黑色的图案;当存在可卡因分子时,核酸适体与其特异性结合,形成特殊的“三角”结构,打破了双电层的稳定,液晶分子从有序状态转为无序状态,偏光显微镜下可以观察到明亮多彩的双折射彩色织构图案,从而实现对可卡因的检测。该检测方法操作简单、耗材少、响应快速,具有较宽的线性范围,即使可卡因的浓度为1nM时,我们都可以观察到明显的现象,实现较低浓度的检测。(2)根据检测可卡因分子的设计理论,采用开裂型核酸适体与ATP的特异性结合优点,对ATP分子进行检测。同样,核酸适体在加入目标物前后,核酸适体构象发生变化,核酸适体的构象不同,与液晶分子之间的静电作用力也不相同,从而引起液晶-液相界面液晶分子的取向排列变化,通过核酸适体的信号放大作用,利用偏光显微镜进行可视化观察,提高检测灵敏度,实现对ATP分子的检测;当检测浓度降低到10 nM时,我们依然可以通过偏光显微镜观察到液晶的变化,由此建立了一种在液晶-液相界面免标记、低能耗、高通量的液晶传感方法。