脱氧核糖核酸（DNA）生物传感器具有灵敏度高、选择性好、操作简单等特点,近年来被广泛应用于目标分子的检测。与此同时,基于DNA逻辑门的信号检测装置为DNA传感器的发展注入了新的活力。因此,高灵敏性、低成本的DNA生物传感器及其逻辑门的构建引起了研究工作者的广泛关注,已成为生物信息学、分析与计算科学领域的研究热点。针对常用的分子检测方法极易涉及大背景信号、荧光标记、生物酶的影响和功能比较少等问题,本论文围绕着背景信号抑制策略、荧光信号放大策略构建了一系列的非荧光标记、无生物酶、多功能DNA生物传感器及其逻辑门,将其应用于海水中重金属离子为代表的小分子和三磷酸腺苷（ATP）为代表的生物大分子检测,并对其检测性能进行了系统的研究。主要工作如下:（1）基于小分子检测的DNA传感器及其逻辑门构建针对DNA传感器检测重金属离子成本比较高、功能比较少、DNA逻辑门结构简单等问题。本论文提出非荧光标记和无生物酶方法,降低检测成本,猝灭剂抑制背景信号,实验数据表明,实现了 Ag+-Hg2+-H+检测用多功能DNA传感器及其AND-AND-NOR-NOR-AND-AND复杂逻辑门构建。此外,针对DNA传感器检测检测重金属离子成本比较高、单策略等问题。本论文提出,同时采用背景信号抑制策略和荧光信号放大策略来提高传感器的灵敏度,非荧光标记和无生物酶方法降低检测成本,实验结果表明,实现了 Hg2+检测用传感器及其AND-AND、Pb2+-Ag+检测用传感器及其NOR-AND-AND-AND逻辑门构建。（2）基于ATP生物大分子检测的DNA传感器及其逻辑门构建针对DNA传感器检测ATP成本高、结构比较复杂、检测速度减慢等问题。本论文提出,采用无生物酶和非荧光标记降低检测成本,猝灭剂抑制背景信号,提高传感器的灵敏度,实验数据表明,成功设计出结构简ATP检测用传感器及2:1AND逻辑门和3:1AND逻辑门。此外,针对DNA传感器检测检测ATP成本比较高、单策略、DNA逻辑门结构简单等问题。本论文提出,同时采用背景信号抑制策略和荧光信号放大策略,提高传感器的灵敏度,非荧光标记和无生物酶方法降低检测成本,实验数据表明,实现了 DNA机器及其AND-NOT-AND-OR复杂逻辑门的构建。（3）DNA传感器的检测应用探索研究内容（1）所构建传感器的检测性能,试验表明:Hg2+检测用传感器检出极限为 50 pM,灵敏度为 1.2018×108a.u./M-1.2657×108 a.u./M;Pb2+-Ag+检测用传感器检测Pb2+的检出极限可达28.3 pM,Ag+的检出极限可达80.9 pM;Ag+-Hg2+-H+多功能传感器检测Ag+离子的检出极限为168.8 pM,Hg2+离子的检出极限为55.9 pM,pH值检出极限为0.27,海水中重金属离子的加标回收率都在允许的范围内。此外,探索研究内容（2）大分子检测用传感器,试验结果表明:2:1AND逻辑门传感器检测ATP的检出极限为142.6 pM;3:1 AND逻辑门传感器检测ATP的检出极限为138.0 pM;DNA纳米机器检测ATP检出极限可达127.9 pM,人体尿液中ATP回收率都在允许范围内。研究结果表明,基于背景信号抑制策略、荧光信号放大策略,我们实现了一系列非荧光标记、无生物酶、多功能DNA生物传感器以及多种逻辑门的构建,其对海水中重金属离子为代表的小分子和ATP为代表的生物大分子的检测具有较高的灵敏度和较低的检出极限,为其它目标分子的检测提供一定借鉴作用,并且为下一步研究无线远程多功能实时目标分子检测装置的研制提供理论指导。