生物传感器是将生物识别元件和物理化学检测器相结合的分析装置,可以用于检测生命化学物质并将其浓度等理化信息转换成可被定性定量检测信号。生物传感器具有操作简易、快速、特异性好、成本低和灵敏度高等优点,被广泛应用在生化分析、食品药品安全分析、医学临床诊断分析和环境监测等领域。核酸分子不仅是生物体遗传信息的载体,还有催化和特异性识别等生物学功能。功能核酸具有特异性高、生物相容性好、稳定性好、易于合成修饰以及灵敏度高的优点,在生物分析中得到了非常广泛的应用。本论文立足于以DNA为识别元件构建生物传感器这一基本命题,结合核酸染料、稀土铽离子以及纳米材料,构建了新型荧光调控策略,开发快速、灵敏、简便的分析方法用于过氧化氢和microRNA的检测,为基于DNA为识别元件的生物传感器的设计提供了新的思路。本论文由四个部分组成,具体如下:第一章绪论本章首先介绍了生物传感器的组成、分类及其在生化分析、食品药品、环境检测等领域中的应用,其次着重讨论了核酸生物传感器,随后概述了荧光分析方法及比率型荧光分析方法的发展,最后阐明本论文的研究思路和内容。第二章基于GelRed/[G₃T]₅/Tb³⁺的无标记比率型探针的设计及应用研究本章选用一段单链DNA天线配体[G₃T]₅敏化稀土铽离子Tb³⁺([G₃T]₅/Tb³⁺)做为信号响应单元,结合核酸染料GelRed嵌入[G₃T]₅（GelRed/[G₃T]₅）发出显著增强的明亮红光作为稳定的内参比,构建了无标记、比率型的GelRed/[G₃T]₅/Tb³⁺荧光探针。已知Hg²⁺会与胸腺嘧啶发生特异性结合形成稳定的T-Hg²⁺-T复合物且半胱氨酸（Cys）可通过巯基结合Hg²⁺,因此可利用Hg²⁺和Cys调控[G₃T]₅/Tb³⁺的荧光强度,而过氧化氢（H₂O₂）会氧化Cys为胱氨酸从而抑制[G₃T]₅/Tb³⁺的荧光,达到可视化检测H₂O₂的目的。葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖反应和乙酰胆碱酯酶/胆碱氧化酶组成的级联催化反应均能产生H₂O₂,因此该实验方案可以广泛应用在生化分析中。此外,结合智能手机取色软件,该方案可以实现实时快速的在线检测。第三章有机荧光染料掺杂硅球的制备及性质研究本章利用St?ber法制备得粒径均一且分散性能良好的异硫氰酸荧光素掺杂的二氧化硅纳米颗粒（FITC@SiO₂）。FITC@SiO₂水溶液具有良好的咖啡环效应,即溶液在玻璃基质表面自然蒸干时,由于液滴表面蒸发速度不同导致内部产生由内而外的毛细管流动,将FITC@SiO₂颗粒携带至三相线处聚集从而沉积得环的现象。通过探究硅球浓度、玻璃基质、液滴量、环境温度、离子强度、表面活性剂和表面基团等因素对其咖啡环效应的影响,筛选了适宜的成环条件。利用咖啡环效应,DNA识别元件修饰的FITC@SiO₂荧光纳米颗粒将在生物分析领域有更加广阔的发展空间。第四章基于DNA功能化FITC@SiO₂荧光材料及咖啡环效应的分析方法设计及应用研究本章分别构建了DNA功能化的FITC@SiO₂（Probe1-FITC@SiO₂）和磁性纳米颗粒（Probe 2-MB）,利用FITC@SiO₂显著的咖啡环效应和寡核苷酸互补配对原理,以荧光环的荧光强度为信号输出,实现了microRNA的可视化检测。在此基础上,以异硫氰酸罗丹明掺杂的二氧化硅纳米颗粒（Rhodamine@SiO₂）为内参比,可构建比率型荧光环分析方法,实现microRNA比率型可视化的分析检测。