DNA电化学生物传感器（DNA electrochemical biosensor）是一种利用电化学方法检测的新技术。近年来,随着科技的不断发展,DNA电化学生物传感器作为一门新兴的、涉及生物化学、医学、电化学及信息技术等领域的交叉学科,已被广泛应用到基因诊断、法医鉴定、环境监测、食品卫生等领域。DNA电化学生物传感器以核酸分子作为识别元素,具有对目标物的选择性识别能力和生物分子间的特异性亲和能力,可以实现对目标物的高灵敏高选择性分析检测。DNA电化学生物传感器结合了核酸探针的优异性能和电化学检测方法的高灵敏度特性,在现代生物传感器研究领域中占主体地位,具有简单、快速、成本低、灵敏等优点。此外,利用DNA信号放大的方法,来构建高灵敏性、高选择性的DNA电化学传感器的研究也越来越受到研究者的广泛关注。本论文基于聚鸟嘌呤纳米线信号放大技术构建了三种新型电化学生物传感器,实现了对汞离子、DNA和micro RNA的高灵敏高选择性检测。主要研究工作如下:1.基于聚鸟嘌呤纳米线信号放大构建一种检测Hg²⁺的免标记型生物传感器本章基于聚鸟嘌呤纳米线信号放大的方法构建了一种用于灵敏检测Hg²⁺的DNA电化学生物传感器。首先将巯基标记的探针A1组装到二硫苏糖醇（DTT）单分子层修饰的电极上。当Hg²⁺存在时,富含T碱基的探针A1与3’富含T碱基的DNA链A2通过T-Hg²⁺-T错配碱基进行杂交,此时电极上裸露出的A2的5’端可以和DNA链A3进行杂交形成三明治结构。A3链的3’端含c-myc序列（AGGGTGGGGAGGGTGGGG）,即富含G碱基,在K+存在条件下,可以形成平行的G四链体。在Mg²⁺的帮助下,该平行的G四链体可以促发c-myc在电极表面形成聚鸟嘌呤纳米线,结合hemin能形成G-四链体-hemin复合物的重复单元,可以检测到较强的电流信号。该DNA生物传感器检测Hg²⁺的线性浓度范围浓度为100 pmol L^-1-100 nmol L^-1,最低检出限为33 pmol L^-1。此外,利用此方法构建用于Hg²⁺检测的DNA生物传感器具有较好的分析性能,能用于实际水样的检测。2.基于核酸外切酶Ⅲ辅助的目标循环和聚鸟嘌呤纳米线信号放大构建用于灵敏检测HIV基因片段的生物传感器本章结合核酸外切酶Ⅲ（Exo Ⅲ）辅助目标循环和聚鸟嘌呤纳米线信号放大策略实现对HIV DNA片段的灵敏检测。该传感器首先将标记了巯基的发卡结构探针HP2组装到二硫苏糖醇（DTT）单分子层修饰的电极上。存在目标DNA时,目标DNA可以和发卡结构HP1的3’突出端进行杂交互补使其茎部形成平末端,此时可以被Exo Ⅲ能选择性地识别剪切释放出目标DNA和辅助链help DNA,实现了目标循环。释放的help DNA可以和电极表面的发卡探针HP2的环部进行杂交互补,使茎部含c-myc序列的HP2环状结构打开。在K+帮助下,富含G碱基序列形成平行的G四链体.。存在Mg²⁺时,该平行的G四链体可以促发c-myc在电极上形成聚鸟嘌呤纳米线。Hemin存在时,该G-四链体-hemin复合物的重复单元可以获得明显的电化学电流信号。该生物传感器检测目标DNA的线性范围为10 pmol L^-1-100 nmol L^-1,最低检出限为3.5 pmol L^-1。并且,该DNA生物传感器具有简单、灵敏度高、选择性好和重现性好的优点,能成功应用于人血清样品中的目标DNA检测。3.基于DNA四面体纳米结构和聚鸟嘌呤信号放大构建一种灵敏检测micro RNA的电化学生物传感器本章以DNA四面体纳米结构为识别探针,结合聚鸟嘌呤信号放大来构建高灵敏、高选择性的生物传感器,能成功应用于micro RNA-21的检测。该DNA四面体纳米结构由三条末端标记巯基的单链和一条长单链组成,可通过该四条DNA单链一步热变性自组装形成。该工作中,首先将DNA四面体纳米结构组装到金电极表面。当存在micro RNA时,该四面体结构顶端的发卡结构环部可以与其互补杂交,进而使发卡结构打开。而包含c-myc序列的发卡茎部在K+帮助下形成平行的G四链体。有Mg²⁺时,该平行的G四链体可以引发c-myc在电极表面形成聚鸟嘌呤纳米线。通过与hemin的结合,该G-四链体-hemin复合物重复单元能产生很强的电流响应信号。利用此策略所构建的生物传感器具有简单、免标记、高灵敏性和高选择性的优点,其用于micro RNA检测的线性范围为500 fmol L^-1-10 nmol L^-1,最低检出限为176 fmol L^-1。此外,该生物传感器能用于乳腺癌患者血清实际样品中的目标检测分析。