在生命体内,脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid,DNA）承担着存储遗传基因信息等重要功能,也是重要的临床疾病诊断生物标志物。由于DNA序列具有良好的生物相容性、化学稳定性和高度的可编程性,又易于化学合成和修饰,现在已经成为一种极具潜力的新型纳米级构筑材料。DNA纳米技术经历了静态结构DNA纳米技术和动态DNA纳米技术,是纳米科学技术领域中一个新兴的生长点。其中,DNA杂交链式反应是一种能够对目标物进行信号级联放大的等温扩增DNA纳米技术,以此为基础的生物传感器是近年来研究的热点之一。本文以DNA杂交链反应为主线,针对DNA杂交链反应自组装行为及用于生物传感中存在的问题,从DNA自组装发夹元件、DNA自组装方式、DNA自组装过程和DNA放大信号阅读模式等几个层面,重点进行了相关原理的研究和方法模式的建立。内容概括如下:（1）针对DNA杂交链反应背景渗漏的难题,重点从热力学角度出发,逐步考察了 DNA发夹的茎、环、Toehold和二级结构自由等对渗漏的影响,揭示出DNA热呼吸波动是DNA发夹渗漏产生的主要原因,以此提出基于二级结构自由能为参考的稳定发夹设计标准,并进一步以生物体数量众多的miRNA分析为例,建立了抗渗漏发夹设计的通用模式和拓展规则,实现了高度相似序列的特异性检测与辨别,为提高DNA自组装信号放大的准确性提供了实用途径。（2）为克服DNA杂交链式反应线性自组装方式对信号扩增灵敏性的限制,通过非线性DNA自组装超发夹设计,从DNA链替代动力学和热力学角度,揭示了 DNA超发夹在DNA非线性自组装中的影响因素和形成条件。进一步依照抗渗漏发夹设计的通用模式和机制,仅仅使用两种带有抗渗漏开关的智能型超发夹,实现对目标物进行非线性自组装信号放大。这对深入理解链替代动力学以及建立抗渗漏非线性自组通用策略提供了基础,也将有助于推动非线性DNA自组装在生物传感和生物成像中的应用。（3）针对DNA发夹在溶液中通过自由扩散而随机杂交的方式,为改变其反应动力学局限性,受细胞招募网络分子集聚事件的启示,将具有链状和正电荷属性的壳聚寡糖作为候选物,在证实其具有加快DNA杂交链式反应速率和提高自组装产量的特殊作用基础上,进一步将其与替代物作用对比分析,以及验证其与DNA的相互作用力,最后提出了壳聚寡糖依靠电荷等相互作用充当DNA的分子“伴侣”、并在溶液中通过氢键组建“浮桥”而加快杂交链式反应动力学的作用机制模式,从而为灵敏快速检测提供了理论基础。（4）针对杂交链式反应体系存在多成份的特点,为实现表面增强拉曼光谱直接阅读,从构建DNA自组装产物分离与信号提取为一体的双功能表面增强拉曼光谱基底为出发点,通过性能分析和可靠性研究,优化出以杂交链式反应为基础的三种表面增强拉曼光谱传感方案。