核酸适体是指由体外筛选得到的对靶分子具有高亲和力、高特异性结合能力的单链寡核苷酸序列,具有分子识别的构象互变性质和核酸工具酶的操作特性。此外,核酸适体还具有稳定性好、易合成和修饰、适用范围广等优点。这些独特的优势使核酸适体被认为有望取代抗体或弥补抗体不足而成为新一代分子识别元件,为高灵敏、高特异性传感技术的发展提供了新型有效的研究工具。目前,核酸适体已经被应用于各种基于不同信号传导方式的生物传感器的构建中,并在生物医学的基础研究、临床诊断、环境监测、食品分析等方面显示出巨大的应用前景。尽管如此,利用核酸适体独特的生物化学性质构建生物传感器的研究尚不成熟,特别是在如何提高灵敏度、如何提高抗干扰能力、如何简化分析过程、如何快速、准确地获取分析信息等方面仍面临着重大挑战。本论文瞄准上述挑战进行研究,利用纳米材料的独特性质和核酸工具酶的信号放大作用,发展了一系列分别以蛋白质和小分子为检测对象的新型荧光偏振适体传感器。具体内容如下:1.基于切割内切酶信号放大作用和氧化石墨烯能够增强荧光偏振的原理,发展了两种新型荧光偏振适体传感器分别用于小分子腺苷和蛋白质凝血酶的高灵敏检测。首先,含有切割内切酶识别位点的荧光染料FAM标记的单链DNA探针通过π-π堆积作用吸附在氧化石墨烯表面,由于氧化石墨烯体积较大,致使体系具有很大的荧光偏振值。当核酸适体与目标物结合(单链核酸适体序列与目标物结合或两核酸适体片段与目标物结合)时,由于碱基堆积作用,FAM标记的单链DNA探针能与核酸适体序列进行部分杂交,形成具有完整切割内切酶识别位点的双链DNA区域。在切割内切酶的作用下,FAM标记的单链DNA探针被选择性地切割,使FAM标记的DNA短片段从GO上释放出来,体系的荧光偏振值开始减小。此外,结合的核酸适体-目标物复合物也能通过切割反应释放出来变成自由的核酸适体-目标物复合物,又能与另一条吸附在氧化石墨烯上的单链DNA探针杂交,不断循环实现信号放大。腺苷和蛋白质的检测限分别达到了 2pmol/L和1fmol/L,比传统均相荧光适体传感器的检测限至少低4个数量级。2.建立了一种基于T7核酸外切酶和聚苯乙烯纳米粒子双重信号放大的荧光偏振适体传感器新方法,分别用于赭曲霉毒素A、腺苷和血小板生长因子-BB的高灵敏检测。在该传感体系中,FAM标记的核酸探针(DNA或核酸适体片段)连接在聚苯乙烯纳米粒子表面,从而使其具有很大的荧光偏振值。当核酸适体与目标物结合时,可以通过以下三种不同方式在聚苯乙烯纳米粒子表面形成双链DNA区域:(1)发夹式核酸适体与赭曲霉毒素A结合导致其构型发生变化从而打开发夹结构,FAM标记的核酸探针能与打开的发夹式核酸适体杂交;(2)两核酸适体片段与腺苷直接结合;(3)单链核酸适体序列与血小板生长因子-BB结合引发碱基堆积从而与FAM标记的核酸探针杂交。在T7核酸外切酶的作用下,上述双链DNA区域中FAM标记的核酸探针被选择性地切割,释放出FAM标记的单碱基和核酸适体-目标物复合物或目标物。释放出来的核酸适体-目标物复合物或目标物又能与另一 FAM标记的核酸探针结合,从而实现循环切割反应,导致许多FAM标记的核酸探针被切割,从聚苯乙烯纳米粒子表面释放出大量的FAM标记的单碱基,使荧光偏振值大幅度减小。由于双重信号放大技术的引入,该方法具有很高的灵敏度,赭曲霉毒素A、腺苷和血小板生长因子-BB的检测限分别为250amol/L、10.2 fmol/L和75amol/L。此外,该方法也表现出了良好的选择性。3.基于循环级联链置换反应和聚苯乙烯纳米粒子能够增强荧光偏振的原理,发展了一种用于蛋白质超灵敏分析的荧光偏振适体传感新体系。该体系中含有一条中间标记FAM的发夹式核酸适体探针和聚苯乙烯纳米粒子功能化的双链DNA(辅助DNA/引发DNA,其中辅助DNA含有一段与发夹式核酸适体探针的茎序列互补的单链DNA,引发DNA则与发夹式核酸适体互补)。当没有目标物存在时,发夹式核酸适体探针和聚苯乙烯纳米粒子功能化的双链DNA不会发生杂交,不能引发循环级联链置换反应,此时荧光偏振值相对较小;而当目标物存在时,发夹式核酸适体探针与目标物结合并打开发夹结构,聚苯乙烯纳米粒子表面双链DNA中的单链区域能与打开的发夹式核酸适体探针杂交,在聚合酶的作用下进行双向延伸生成新的长双链DNA,使FAM连接在聚苯乙烯纳米粒子表面,使荧光偏振值增大。与此同时,目标物和引发DNA均被延伸的链竞争下来变成自由的目标物分子和引发DNA,它们都可以与另外的发夹式核酸适体探针结合,从而实现循环级联链置换反应,导致信号放大。该方法在60min内对凝血酶实现超灵敏检测,检测限可以达到28 amol/L,并成功实现了人血浆中凝血酶含量的测定。此外,该方法还实现了血管内皮生长因子-165的检测,说明这是一种通用的检测方法。