荧光核酸分子探针由于其独特的分子结构、性能,以及良好的选择性和较高的时空分辨能力等被广泛应用于化学、环境、生物、医学等研究领域。近几年来,由于工农业的快速发展,环境污染等问题日益严重,人类患病的几率也越来越高。因此,对环境中重金属离子以及生物样本中肿瘤标志物进行快速、灵敏的检测具有重要的理论意义和广泛的应用价值。本论文结合氧化石墨烯和AIE分子的特点,对传统双标记荧光核酸分子探针进行优化设计,分别发展了分析癌症病人肿瘤标志物、环境水样中Hg2+离子含量测定、以及p53基因片段光损伤的研究平台。首先,利用氧化石墨烯吸附单链DNA以及淬灭荧光的性质,将其替代传统的双标记分子信标中的淬灭基团,实现了基于氧化石墨烯的单标记分子信标检测平台。进一步利用氧化石墨烯的转载、保护核酸等功能,实现了对细胞内肿瘤标志物miR-21以及端粒酶活性的检测分析。氧化石墨烯良好的水溶性和生物相容性使其能够将吸附在表面的荧光探针转载进入细胞,进而在细胞内检测目标物质。此外,我们还通过优化miRNA探针的结构进一步提升了特异性,提高了对目标miRNA单碱基错配的识别能力。对单一体系中的多重标记物同时进行检测能够提高临床诊断的准确性和可靠性,因此该成果对复杂体系中的临床诊断具有重要的意义。其次,通过AIE分子与核酸之间的共价结合作用,设计了一种AIE分子辅助的单标记新型核酸探针,并用于实际环境水样和细胞内Hg2+离子的检测分析。基于T-Hg2+-T结构的稳定性以及DSN酶辅助的DNA水解反应,该AIE功能核酸探针对目标物进行了循环识别分析,最终实现了 Hg2+离子高灵敏度和高选择性的检测。将细胞与Hg2+溶液培育一段时间后,在活细胞内进行了 Hg2+离子的可视化荧光分析。并且对来自环境中的几种实际水样进行了直接的检测以及加标回收实验,均得到了可靠的实验结果和加标回收率。证明了该方法在实际应用中的可靠性,为环境中重金属离子的检测分析提供了新的方法和依据。再次,基于氧化石墨烯辅助的单标记荧光核酸探针,进一步对分子信标进行简化,即结合AIE分子的发光特点,将其替代标记的荧光基团,最终实现了无标记的分子信标检测平台,并用于肿瘤标志物端粒酶活性的检测。在氧化石墨烯引起的较低背景信号和AIE分子实现的较强荧光信号两个方面的辅助下,完成了对端粒酶活性高灵敏度,高特异性的检测。此外,将该检测体系应用到实际癌症病人样本的检测,得到了与临床诊断一致的检测结果。该研究方法为临床诊断、药物治疗及相关研究领域提供了帮助,并迈开了从实验室走向临床应用的一大步。最后,将具有放大效应的滚环扩增体系与AIE分子有机结合,实现了一种高效的无标记分子探针检测体系,并用于p53片段的光损伤检测研究。滚环扩增的产物片段能够达到成千上万个碱基,从而聚集大量的正电荷AIE分子,发出较强的荧光信号。与传统的杂交反应以及普通聚合反应相比较,这种高效的反应模式实现了高灵敏度的DNA光损伤检测研究。该体系同时检测了 UVA以及UVC两种紫外光源对p53片段的光损伤程度。且通过对滚环反应的模板序列和引物序列分别进行紫外光照,发现模板序列的破坏给反应结果带来的影响更为明显,证实了将线性的p53片段连接为环状的模板序列来设计实验的合理性。p53基因的紫外光损伤能够引起皮肤癌等一系列疾病,而其损伤机制目前仍不明确,我们期望这种检测平台能够给DNA损伤机制的研究奠定理论基础。