疾病的早期诊断是目前临床医学面临的巨大挑战,亟需发展高灵敏度、高特异性、操作简单且便携的生物诊断方法。近年来,DNA纳米技术与无机纳米材料的蓬勃发展为探索新型生物诊断方法带来了新的契机。在众多的纳米传感器件中,DNA-纳米金探针凭借优异的生物分子识别能力、独特的光学性质、良好的生物相容性得到了广泛的应用。在传感界面的构筑中,界面上DNA探针的非均一自组装层会严重影响传感器的生物识别和传感性能。如何构建高活性的生物识别界面,合理调控纳米尺度上DNA探针的均一性与有序性,使DNA充分发挥其生物活性,拓展DNA-纳米金探针在生物诊断中的应用,是本论文主要解决的关键科学问题。我们将尾部带有聚腺嘌呤嵌段(polyA)的DNA探针修饰在纳米金表面,通过调节polyA嵌段的长度合理有序地控制纳米金表面DNA探针的密度,可有效地降低分子识别的能量壁垒,提高传感器的检测速率和灵敏度。本论文的研究工作基于界面精准调控,有序调节并提高了DNA-纳米金探针在生物标志物诊断中的响应性能。主要内容如下:1.基于课题组发展的聚腺嘌呤嵌段(polyA)DNA-纳米金偶联体的制备方法,制备了polyA介导的基于荧光共振能量转移(FRET)的适体耀斑探针,应用于对细胞内源ATP的检测与成像。与传统的单染料探针相比,基于FRET的耀斑探针在复杂环境中(如核酸酶和谷胱甘肽等细胞内部环境)具有更好的抗干扰性能。通过调节聚腺嘌呤(polyA)的长度,可以合理调控纳米金界面上探针的组装密度,避免过密的探针带来的空间阻碍,在确保获得最佳生物信号的前提下尽可能地提高适体序列对ATP分子的生物识别效率,经优化后该探针在溶液中对ATP的检测限为12.9μM。将探针递送至细胞,可实现对细胞内源性ATP的成像分析,结果表明polyA介导的FRET适体耀斑探针可快速响应细胞内的ATP,且可以有效反映细胞内ATP含量的变化。该探针在活细胞内对生物标志物的检测中具有广阔的应用前景。2.基于polyA介导的DNA-纳米金探针,我们构建了具有粘性末端的双色纳米耀斑探针,用于对活细胞中两种肿瘤相关m RNA的原位检测。具有粘性末端的纳米耀斑的序列被设计得更长且与靶m RNA互补,在识别靶m RNA后将与之粘附,达到原位分析m RNA表达定量的效果。双靶标的检测可以在一定程度上避免假阳性信号的产生,提高诊断结果的准确性。该双色探针对c-myc目标基因和Gal NAc-T目标基因的检测限分别为1.45 n M和2.32 n M。与未经界面调控的巯基探针相比,经polyA界面调控后探针的检测限降低了～20倍。更重要的是,这种纳米探针在有效区分癌细胞与正常细胞的基础之上,还可以反映细胞内特定肿瘤相关m RNA的不同表达水平。该策略实现了肿瘤细胞内源性相关m RNA的实时原位成像,为研究内源m RNA的功能提供了新工具,在生物系统监测与药物递送方面有潜在应用价值。3.提出了基于二硫化钼的DNA-纳米金比色传感策略,应用于对目标核酸的快速可视化检测。目标核酸的存在触发了核酸外切酶III(EXO III)介导的循环剪切反应,有效地实现了对目标信号的放大。利用二硫化钼纳米片与DNA-纳米金探针单链粘性末端的吸附聚沉现象作为信号输出,通过裸眼观察或紫外吸收光谱即可实现对目标核酸的现场原位检测。通过有序调控纳米金界面上捕获探针的组装密度,极大地提高了界面上核酸外切酶III的工作活性和DNA的杂交效率,实现了对传感器的动态响应范围和检测灵敏度跨多个数量级的编程调控。该策略在医学诊断和便携式检测中具有广阔的应用前景。