DNA步行器是通过组装特定的DNA纳米结构,利用链置换、酶催化反应、光等外在驱动力使其沿着特定的轨道进行定向移动。一般而言,DNA步行器主要由轨道、步行及驱动组件所组成,在生物传感、逻辑运算及疾病诊疗等领域有着广泛的应用前景。本论文中,首先设计了 DNA三通结结构,利用切刻内切酶驱动DNA步行反应的发生,构建了高灵敏的核酸传感器。在工作电极表面以一定的比例修饰DNA步行器的步行链及轨道链。当样本中包含目标核酸分子时,可以与步行链与轨道链组装为三通结结构,在酶催化反应下发生步行反应,最终通过分析标记的电信号分子来完成目标核酸的测定;同时,基于该策略还进一步完成了自行走阻抗传感器。在组装的DNA四面体不同顶点处安置DNA步行器各组件,最终在辅助DNA探针存在条件下,显著改变电极界面的电阻值,从而实现对目标核酸分子的快速简便检测;其次,通过进一步改造,采用将DNA四面体作为界面反应修饰层固定在电极界面以提高分子识别效率,并引入phi29聚合酶、环状模板等实施滚环扩增,利用长链产物（步行组件）中的重复序列与电极界面的轨道组件构筑多个DNAzyme核进行同步的步行反应,大大提升了目标核酸的检测灵敏度。单足DNA步行器的效率有限,因此我们构建了双足步行策略以提升反应效率。首先进行金-四氧化三铁磁性复合材料的制备,并进行表面的DNA修饰。在该材料界面上实施目标触发的链置换聚合反应,生成的DNA产物能够用于协助DNA步行组件的搭建。双足步行链能够与预先修饰于电极的DNA轨道链杂交DNAzyme,在Pb2+存在下发生酶切反应,最终通过检测银纳米颗粒的电信号实现目标核酸的定量分析。常规DNA双足步行器往往依赖多条DNA分子的杂交,我们打破常规,提出了环状双足步行器的概念。在一条茎环结构DNA链上同时设计链置换聚合反应的引物及模板,在聚合酶与切刻内切酶作用下产生的大量单链产物可以与另一条哑铃型DNA探针作用,构成单双链混合的环状DNA。其中的单链区域可作为双足步行链,在预先修饰好轨道组件的电极界面发生反应,实现超灵敏目标核酸的电化学分析。另一方面,利用pH调控的DNA三链结构进行电极界面再生,极大地提高了生物传感器的实用性。为满足多指标分析,基于DNA双足步行器开发了新型的逻辑电路系统,用于研究复杂生物样本中多种生物分子的关联关系。首先在电极界面修饰茎环结构的轨道探针分子;在上游均相体系中引入触发链置换聚合反应的目标序列用于特定序列单链的大量合成;利用DNA三通结结构完成双足步行链的组装;在茎环结构驱动链存在条件下使其在电极界面交替行走,完成电化学信号分子的富集探测。进一步地,利用不完整三通结及双链结构的设计,进行级联链置换反应构建出AND,OR门,并与NOT门联合发展出NAND,NOR,XOR,XNOR门。所构建的双输入逻辑电路表现出良好的逻辑运算以及操作性能。随后,通过四通结及双链结构的设计完成了三输入AND,OR门的搭建。本论文发展的DNA步行器能够实现痕量核酸的高特异性分析,还具备了操作简便、低成本、易扩展等优点,在生物医学传感领域有较大的应用潜力,也为生物分子信息控制、通信、生物计算机等领域的研究工作提供了新的思路。