实现高灵敏,高特异,快速,准确以及高通量的生物标志物检测,对癌症的诊断,治疗,预防,以及分子生物学的研究有着极其重要的科学意义。由于恒温扩增反应具有灵敏度高,操作简便,应用范围广等优势,近年来被科学家们广泛应用于生物传感器的制备和应用中。在这一研究背景下,本课题利用交叉学科的技术手段,致力于设计和开发高效能的生物传感器,并将其应用于临床检验中。通过利用一些纳米结构,比如分子信标探针,纳米金,和石墨烯等,可以极大的改善恒温扩增反应的性能,提高其应用能力。本论文的主要研究内容包括以下四个方面：1.设计了一种双标记的纳米金探针,首次提出了一个双向四态的分析理论用于检测尿液样本中的端粒酶,并进一步用于膀胱癌的诊断。本方法的多态性表现在,对于不同活性和浓度的端粒酶,纳米金会表现出四种状态：沉淀,红色透明,紫色,以及蓝色。双向性表现在,纳米金的四态和其对应的A650/A520的比值是双向的,类似于坐标轴。A650/A520比值最小的是红色的纳米金,代表原点。随着沉淀越来越明显,4650/A520比值增大,这个代表正方向。随着纳米金颜色由紫色变成蓝色,A650/A520比值也在增大,这个代表负方向。基于这一策略,我们检测了18例临床尿液样本(包括正常人,炎症患者,以及膀胱癌病人),证明了本方法具有很好的临床诊断能力。2.首次完成了利用纳米金监测复杂环境中的链置换扩增反应。随着链置换扩增反应的充分进行,肉眼可以观测到纳米金由蓝色到红色的变化。另外对靶分子参与反应的14个位点的碱基进行点改变,发现这14条具有点突变的序列并不能使得纳米金的颜色发生变化,说明本方法具有很好的检测点突变的能力。另外本方法在复杂环境中也可以顺利进行,具有较好的实用性。本研究极大地拓宽了链置换扩增反应的应用范围。3.为了能够提高癌症早期诊断的准确性,我们提出了单体系双标志物检测的方法。本方法可以同时实现对miRNA和端粒酶的检测。通过利用切刻酶引发的扩增反应,以及对DNA序列的巧妙设计,我们成功的将端粒酶的延伸反应以及miRNA诱发的滚环扩增反应合二为一,并且将检测信号进行了放大。另外本方法还用到了石墨烯来降低背景信号,以达到更好的检出效果。通过对近300例病人尿液样本的分析,结果证明,和miRNA检测或端粒酶的检测方法相比,miRNA和端粒酶双检的方法不仅具有较高的灵敏度,而且特异度也大大的提高了。尤其是本方法可以对浸润性和非浸润性的膀胱癌病人进行区分,从而为癌症的早期诊断提供了新思路。4.为了实现快速高灵敏度的检测miRNA,我们提出了一种基于恒温双循环扩增反应的一步分析法。我们设计了一条多功能的分子信标探针,并在切刻酶,消化酶,聚合酶的参与下完成一个双循环反应,并达到了指数扩增的能力。本方法在37℃的情况下可以检测到10 fM的miRNA。而在4℃下可以检测到1 aM的miRNA,相当于在15μL的样本中可以检测到9条DNA链。最后将本方法应用于癌细胞系甚至于癌组织中miRNA的检测时,也表现出了很好的特异性和灵敏度,为癌症的早期诊断提供了新方法。