本论文的主要内容是基于新型纳米材料石墨烯为基础,并借助石墨烯的单分子及单层特点作为DNA生物传感器的载体及保护剂,并借助DNA分子杂交技术、DNA循环复制相结合,研制出高灵敏度、高选择性的新型生物传感器,对特定生物分子如茶碱、TPP(硫胺素焦磷酸)进行选择性地识别和测定,并且可以为许多疾病的临床早期诊断提供理论基础,比如进行细胞凋亡酸化的检测。第一章,主要列举了石墨烯的发现与研究进展,合成方法及最前沿的应用。石墨烯的发现具有极其重要的意义,可能是改变世界的新材料。接下来论文简要概述了DNA的组成与分类、核酸内切酶的简介及作用并简单介绍了聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,激光共聚焦显微镜与荧光化学分析等方法。对DNA转录,及核酶(RNA)做了说明。第二章,以溶液的酸度的变化为动力,来实现对DNA探针在双螺旋与三螺旋状态之间的变化的驱动。当反应体系溶液酸度为碱性时,DNA纳米探针表现为双螺旋状态,罗丹明-绿、荧光淬灭剂分别位于长链DNA的两端,两者互不靠近可以检测到荧光。当反应体系溶液为酸性时,DNA纳米探针转变为三螺旋状态,罗丹明-绿和淬灭剂相互靠近,荧光被猝灭,检测到的荧光信号变低。荧光被猝灭后,继续向溶液中加入碱性缓冲液(NaOH),改变溶液酸度后分子探针重新变为双螺旋状态,可以重新检测到高强度的荧光信号。通过不断加入碱、酸来调节溶液酸度可以不断的循环驱动DNA探针的运动。构建将pH变化转变机械动力的DNA探针。第三章,以之前构建的DNA纳米分子探针为基础,其中长链DNA只有一端接有罗丹明-绿,另一端没有接荧光淬灭剂。实验室内部合成石墨烯作为传感器载体,可以使探针通过细胞膜进入细胞内部而不被破坏。石墨烯是目前已知最薄最坚硬的材料,其单层的石墨分子结构可以吸附单链DNA分子并可以吸收荧光基团到其空隙中以淬灭荧光。通过药物硫酸长春新碱诱导细胞程序性死亡引起细胞内环境溶液的酸化,借助观察细胞形态变化及进入细胞细胞内探针荧光强度的变化来定性地检测细胞的凋亡。第四章,以重组质粒为模版,NTP为原料利用DNA转录技术设计产生大量核酶(RNA),并设计利用DNA剪切酶实现循环放大的原理,实现检测茶碱和TPP等小分子活性物质的技术。核酶在茶碱存在的条件下会自断裂脱落一小段RNA片段,可以与石墨烯竞争杂交已吸附的带荧光的单链DNA,从而实现观测荧光的变化。TPP检测原理与茶碱类似,在没有TPP存在条件下,特定核酶(RNA)序列会自断裂一段RNA片段,可以定性的检测TPP和茶碱的存在。第五章,本论文的主要内容是基于新型纳米材料石墨烯为基础,并借助石墨烯的单分子及单层特点作为DNA生物传感器的载体及保护剂,并借助DNA分子杂交技术、DNA循环复制相结合,研制出高灵敏度、高选择性的新型生物传感器。