在化学、生物、医学领域发现与蛋白质结合的小分子配体或者是和有机小分子结合的蛋白质受体是至关重要的。尤其是，和特定蛋白质具有合理亲和性和特异性结合的有机小分子是非常有价值的探针探测蛋白质功能用于化学基因组学的研究，并且可以视踪蛋白质在细胞上的位置和分布用于分子诊断学的探索，同样，考察有机活性小分子和蛋白质的相互作用也是药物研究的主要出发点。目前，用于确定小分子配体、蛋白质受体以及他们之间相互作用方法包括亲和色谱、动力学毛细管电泳、荧光共振能量转移、以及酶片段互补分析等。尽管这些经典的分析方法对于研究小分子和靶蛋白的相互作用是非常重要的，但是这些方法需要有昂贵的仪器、特殊的信号转换方式、以及表面固定化等缺点。　　 由于DNA寡核苷酸链据有灵活多样的放大方法和检测方式，小分子连接的DNA用于研究小分子和其结合蛋白相互作用无疑是一个比较吸引人的工具，为小分子和蛋白质相互作用的研究提供了一个新的思路。小分子连接的DNA作为一个巧妙的工具越来越多的用于化合物的合成和筛选。尽管如此，DNA连接的小分在生物传感的研制方面仍然处于初始状态，本论文针对这些问题，基于小分子连接的DNA和末端保护分析思想发展了一系列生物传感方案用于小分子-蛋白质相互作用的研究以及基因分型和酶的活性等和重大疾病相关的检测。　　 (1)小分子连接的DNA作为一个灵活的工具在探测有机小分子和小分子受体的相互作用的研究领域扮演了至关重要的角色。在第二章报道了小分子连接DNA的末端保护分析方法，这个分析是基于我们新的发现即单链DNA末端修饰的小分子和小分子结合蛋白相互作用能够保护单链DNA不被ExoⅠ降解。这个发现转化小分子和蛋白质相互作用的问题为DNA序列是否存在问题，因此可以用DNA序列的放大方法和检测技术探测小分子-蛋白质相互作用。　　 基于上述思想，本章发展了一种灵敏的电化学生物传感技术用于研究小分子蛋白质相互作用。用小分子标记的DNA通过非共价作用修饰于单壁碳纳米管(SWNTs)的表面，使SWNTs能够均匀地分散于水溶液中，若没有小分子结合蛋白的存在，Exo I能够降解SWNTs表面的DNA链，使SWNTs在16-巯基十六酸(MHA)绝缘膜上自组装，由于碳纳米管的隧道效应，使溶液中的电活性物质和电极之间能够有效的发生电子传递，产生电流信号；在小分子结合蛋白存在的情况下，由于结合蛋白和小分子作用阻碍了ExoⅠ对于SWNTs表面DNA寡核苷酸链的降解，DNA修饰的SWNTs不能在MHA绝缘膜上组装，也就没有电流信号产生。实验结果表明，这个发展的方案的确能够实质性地放大电化学信号并且有较小的背景电流。用这种新奇的电化学传感方案对小分子叶酸(FA)和肿瘤标志物叶酸受体(FR)的相互作用进行定量分析，动态响应范围为10 pM到1 nM，检测下限为3 pM。该方法灵敏度高，选择性好。　　 (2)基于末端保护分析思想结合DNA灵活多样的检测方式，在第三章中发展了几种无标记的光化学生物传感技术用于小分子和蛋白质相互作用的研究。具有催化活性的核酸酶(DNAzymes)作为催化标记物用于生物传感信号放大逐渐吸引了更多的兴趣，比如富含G的核酸适配体(Aptamer)和血红素形成复合物能够模拟过氧化氢酶的活性。因此，我们在血红素核酸适体3’末端修饰小分子，小分子和结合蛋白作用后阻碍Exo I对血红素核酸适体的降解，核酸识体和血红素结合在H2O2的存在下催化ABTS显色，把这种显色方法用于对FR定量检测，线性检测范围是1nM～100 nM，检测下限为0.1 nM。蛋白质和标记在DNA末端的小分子作用阻碍ExoⅠ对DNA链的降解，也可以对保留的DNA链进行实时荧光定量(RT-PCR)检测，从而快速、灵敏检测小分子结合蛋白，以叶酸-FR为模型体系，对FR检测的线性范围为100 fM～1 nM。一端小分子修饰另一端巯基修饰的DNA链通过金-巯键标记到纳米金上，小分结合蛋白和小分子相互作用阻碍了ExoⅠ对纳米金上DNA链的降解，因此纳米金颗粒能够均匀地分散于缓冲溶液中，若没有小分子结合蛋白的存在，纳米金表面修饰的DNA链完全被ExoⅠ降解，纳米金团聚变色，因此引起纳米金溶液颜色和吸光度值的变化。基于末端保护分析构建的纳米金变色传感器用于叶酸-FA的特异性检测，检测范围是1nM～100 nM。本章发展的三种末端保护均相分析方法均具有操作简单，快速灵敏的特点。　　 (3)鉴于前两章中发展的电化学和光化学生物传感方案是基于ExoⅠ的末端保护分析方法发展起来的，在第四章我们把末端保护的分析思想进一步推广，并且验证了DNA的3’或者5’末端修饰的小分子官能团和目标蛋白结合后同样也能够有效地阻止各种单链特异性核酸外切酶和双链特异性的核酸外切酶对DNA链的酶切降解。这个推广把小分子-蛋白质相互作用的分析转化为对不同DNA结构的分析，为小分子或者蛋白质的检测提供了一个有用的机制。基于这种机制，本章发展了一种基于荧光染色的无标记均相生物传感方案用于小分子-蛋白质相互作用的检测。同时，利用这种机制发展了一种基于聚合酶延伸单个小分子修饰的核苷用于无标记的SNP基因分型检测。　　 小分子-蛋白质相互作用以biotin-SA和FA-FR为模型体系分别对SA和FR进行检测，动态响应范围分别为0.5 nM～100 nM和1 nM～200 nM，检测限分别为0.1 nM和0.4nM；SNP基因分型检测的动态响应范围为0.1 nM～200 nM，检测限为0.02 nM。除了较好的灵敏度之外，本章发展的方案也具有较高的选择性、极好的重现性、低成本、操作简单等优点，使其在分子诊断、基因组研究方面有着潜在的应用价值。　　 (4)由于前几章中发展的末端保护分析方法适用于考察解离常数在纳摩尔范围的小分子和蛋白质作用分子对，为了更进一步拓宽末端保护的分析应用范围，结合活性探针、光交联技术、共价捕获技术等最新发展的生物分析手段，把小分子修饰的DNA共价交联到要检测的目标蛋白上，产生永久性的保护，可以使末端保护分析不受分子作用对解离常数的限制。在第五章中发展了一种基于共价捕获的纳米金变色生物传感技术用于酶的活性检测。把酶作用的底物通过巯基修饰到纳米金上，使纳米金能够有效地分散于缓冲溶液中，用ExoⅠ和ExoⅢ降解处理后，纳米金团聚变色。在酶存在的情况下，酶被共价交联到纳米金表面修饰的DNA上，阻碍了ExoⅠ和ExoⅢ对纳米金表面DNA链的降解，因此纳米金能够稳定地分散于于缓冲溶液中。我们用人DNA(胞嘧啶-5)甲基化转移酶(Dnmt1)和8-氧代鸟嘌呤DNA糖基化酶(hOGG1)为模型体系验证该分析方法的可行性，实验结果表明，该方法操作简单，选择性好，动态响应范围分别为2U/mL～104 U/mL和1.6 U/mL～256/mL。