疾病生物标志物的检测对于医学研究、疾病诊断和疗效监测都具有极其重要的意义。生物传感器是利用生物分子活性识别,将感受的被测量转换为输出信号并进行检测的装置,具有操作简单、灵敏度高、成本低等优点。DNA纳米技术具有可编码性和生物兼容性,为生物传感器的发展提供了新的方向。本论文主要基于DNA自组装和功能核酸,结合临床检验诊断学的发展需求,构建了一系列简单、快速的生物传感新策略,实现了对核酸和小分子的高灵敏、高特异检测,为生物医学研究和临床疾病诊断提供了有力的技术支持。研究内容主要分为以下三个部分:1.基于DNA自组装和亲和素信号放大的表面等离子共振生物传感策略用于miRNA的检测MicroRNA（miRNA）在细胞生长过程中起着重要的调节作用,miRNA的表达失调与多种疾病相关,因而是疾病诊断的潜在生物标志物。本研究基于表面等离子共振（surface plasmon resonance,SPR）传感平台,结合DNA超级夹心自组装（DNA super-sandwich assemblies）和生物素-亲和素双重信号放大体系,构建了快速、无酶的SPR传感新策略,用于miRNA的高灵敏、高特异检测。首先在传感芯片表面固定发夹结构的DNA捕获探针可特异性识别靶miRNA,进而发生构象改变,打开发夹结构;随后生物素修饰的辅助DNA探针1与暴露的捕获探针末端序列杂交结合,并与辅助DNA探针2形成超级夹心自组装DNA纳米结构,实现第一次放大SPR信号;最后通过加入亲和素,亲和素与生物素紧密结合,实现级联放大SPR信号。本方法灵敏度高,检测的动态范围为1×10^-11 M¹×10^-6 M,最低检测限为9 pM,能在30 min内完成测试。本方法也具有高度的特异性,能成功区分靶miRNA中单个碱基的突变,并能应用于实际样本靶miRNA的检测。该mi RNA传感方法具有简单、实时、快速、无酶和稳定的优势,为肿瘤等重大疾病的临床诊断、治疗监测和预后评估提供了强有力的技术支持,为探索分子诊断新技术提供了新的思路。2.基于非线性杂交链反应的表面等离子共振生物传感策略用于DNA和小分子的检测非线性杂交链反应（hybridization chain reaction,HCR）体系是两种双链DNA单体,在靶DNA诱导作用下,通过链置换反应发生分支迁移,最终可自组装形成树枝状的DNA分子。本研究基于非线性HCR信号放大策略,构建了一种简单、无酶、免标记的SPR传感新方法用于靶DNA的检测。传感芯片表面固定捕获DNA探针,靶DNA一端与捕获探针结合,另外一端触发非线性HCR,通过分枝状自组装,在芯片表面形成树枝状的DNA聚合物,从而放大SPR信号,实现对靶DNA的高灵敏、高特异检测。本方法的线性范围为1 p M¹000 pM,能在60 min内检测浓度低至0.85 pM的靶DNA,并可检测复杂基质中的靶DNA。通过与适体技术相结合,本方法可进一步实现对小分子ATP的高灵敏、高特异检测。本策略基于SPR传感平台,具有简单、实时、无酶、免标记的优点。同时,靶向诱导的非线性HCR信号放大策略具有操作简单、特异性高、动态灵活可控、无需蛋白酶的参与、成本低等优点,并且能作为一种通用的信号放大体系,用于其他生物标志物的分析。因此,本策略为肿瘤等重大疾病的诊断提供了全新的技术平台,并有望应用于生物医学研究、法医学研究及病原菌检测等领域。3.基于程序化熵驱动链置换反应和核酸酶双重循环信号放大的均相荧光生物传感策略用于p53基因的检测p53基因是一种肿瘤抑制基因,在细胞抗肿瘤机制中发挥着极为重要的作用,而p53基因突变与多种肿瘤疾病的发生密切相关。因此,建立简单、快速、灵敏的p53基因检测新方法有着重要的意义。DNA作为一种新型的纳米材料,基于核酸碱基配对的独特优良性能,可程序化构建DNA纳米结构,在生物传感平台广泛应用于生物标志物的检测。本研究将Mg²⁺依赖的核酸酶（DNAzyme）程序化整合于熵驱动的链置换反应（entropy-driven strand displacement reactions,ESDRs）,实现双重循环信号放大。靶DNA循环触发ESDRs,置换出DNAzyme序列;随后,DNAzyme在辅酶因子Mg²⁺存在条件下循环剪切底物链,修饰在底物链两端的荧光基团与淬灭基团分离,产生荧光信号,从而实现对p53基因的高灵敏、高特异检测。本方法的线性范围为5×10^-13M¹×10^-8 M,最低检测限为220 fM,并能明显地区分单个碱基突变。该传感体系操作简单、均相反应无需分离,并且无需蛋白酶的参与,为肿瘤早期筛查及临床诊断提供了有力的工具,为发展临床检验诊断新原理新方法提供了新的策略。