生物分析化学的主要研究内容是获取复杂生物样品中生物活性物质的组成、含量、结构和功能等信息。生物活性物质具有结构复杂、化学性质相似、在生理条件下相互关联等一系列特点,对分析化学的研究方法提出了很高的要求。纳米探针是用原子和分子构造的超微生物传感器,适合在分子水平上分析生物活性物质。纳米探针通常由识别单元和信号单元组成,其中,识别单元不仅直接决定纳米探针的选择性,而且在很大程度上决定探针的灵敏度,因此识别功能分子的选择和设计是构建高效纳米探针的关键。生物体内的分子识别体系有抗体/抗原、酶/底物等,研究者也开发了一些具有识别功能的有机小分子,但这些识别功能分子在应用中面临一些挑战,例如靶标物种类有限、生物相容性差、水溶性差等。核酸适体是具有选择性识别功能的单链DNA或RNA序列,它为纳米探针的设计提供了新的平台。核酸适体通过形成与靶标物分子结构相匹配的三维空间构型与靶标物特异性结合,而且对靶标物具有很高的亲和性,所形成的复合物的解离常数通常在pM-nM范围内。相对于抗体或有机小分子,核酸适体具有设计灵活、靶标物范围广泛、易于合成和修饰、生物化学稳定性好等一系列优势。近年来,核酸适体在纳米探针的构建中得到了广泛关注,并被大量用于生物传感、生物成像、疾病诊断等各个领域。随着核酸分子技术和纳米技术研究的不断深入,核酸适体正在被用于设计具有多种特殊功能和性质的纳米探针,在复杂生物样品中生物活性物质的分析中具有非常广阔的应用前景。在本工作中,我们以核酸适体为分子工具,结合无机纳米材料丰富的光学、磁学性质,设计和制备了多种选择性好、灵敏度高的纳米探针,并探究了这些探针在生物活性物质分析中的应用。本论文的主要研究内容如下:(1)将DNA邻近表面杂交原理与贵金属的局域表面等离子体共振性质相结合设计了一种用于蛋白质活性可逆调控的纳米探针。该探针使用两种核酸适体同时识别凝血酶并形成一种稳定的闭环结构,实现了对凝血酶催化活性的高效抑制;进一步在近红外光刺激下,金纳米棒产生热量使溶液温度升高,闭环结构解离同时凝血酶得到释放,由此实现近红外光触发的凝血酶活性恢复。(2)面向生物活性物质检测中存在的背景荧光干扰问题,设计了核酸适体引导的上转换纳米探针。该探针能特异性识别生物样品中的靶标物,而且能有效消除背景荧光干扰,在指纹中溶菌酶检测方面表现出了非常高的灵敏度。(3)合成了尺寸和发光性质可调的近红外发射的长余辉纳米颗粒,进一步制备了核酸适体引导的长余辉纳米探针并探究了其在生物成像中的应用,该探针能特异性识别小鼠体内的肿瘤,而且能有效消除组织自发荧光的干扰,具有很高的成像灵敏度和分辨率。(4)合成了尺寸和发光性质可调的一维长余辉纳米棒并在此基础上制备了核酸适体引导的长余辉纳米探针,该探针能特异性识别血清中的溶菌酶,而且能有效消除血清自发荧光的干扰,具有良好的选择性和灵敏度。(5)将核酸适体可重复变性和复性的性质与磁分离相结合,制备了具有良好选择性和可循环利用性的待测物分离富集探针,基于该探针实现了不同尺寸待测物的高效循环分离富集。