金属离子和有机污染物是环境中的两大主要遗传毒性物质，它们分别能造成核酸氧化损伤以及加合物损伤，代表核酸损伤的两大主要机理。如果核酸的损伤没有及时修复，就会对正常的生命活动产生严重扰乱，甚至导致癌症和畸变的产生。本论文研究了核酸的光电化学氧化反应机制，建立了光电化学检测核酸损伤的新方法，并在此基础上组建了光电化学传感器，用于检测金属离子和有机污染物造成的核酸氧化损伤及加合物损伤。　　 首先，本论文将联吡啶钌组装到纳米半导体电极上，研究了核酸的光电化学氧化反应机制。在光电体系中，聚鸟嘌呤(poly-G)最容易被氧化，表现出最强的催化光电流信号，其次是聚腺嘌呤(poly-A)，而聚胞嘧啶(poly-C)和聚尿嘧啶(poly-U)由于氧化还原电位高，不能够被氧化，因此没有表现出增强的催化光电流。另外，核酸损伤后光电流明显增强。实验结果说明，基于联吡啶钌的光电化学体系可以实现核酸碱基的光电化学选择性氧化，体系的光电信号因核酸分子的结构及所包含碱基的类型不同而存在很大的差别，以此，建立了光电化学检测核酸损伤的新方法。　　 基于核酸的光电化学氧化反应机制，组装了两种光电化学DNA传感器，传感器界面由光电信号分子和DNA组成。这两种传感器都用来检测金属离子Fe2+通过Fenton反应引起的DNA氧化损伤，以及有机污染物氧化苯乙烯引起的DNA加合物损伤。DNA损伤后引起光电流的明显变化，在Fenton试剂中，DNA损伤反应在1h内完成，在氧化苯乙烯试剂中，损伤反应在3h内完成，Fenton试剂造成的损伤要比氧化苯乙烯更加严重。实验结果表明，组装的这两种传感器都能够快速灵敏的检测出DNA氧化损伤及加合物损伤。　　 光电化学DNA传感器在检测金属离子的遗传毒性时需要H2O2共同存在，对于有机污染物，也只能够检测出可以和核酸直接作用形成共价加合物的活性有机物质，但是大部分有机化合物不能直接和核酸作用，它们只有进入生物体，在肝脏内经过酶代谢后才可以和核酸进行共价结合，形成碱基加合物。这就使得这类传感器在筛查化学物质的潜在遗传毒性上受到很大限制。为了实现对化学物质的潜在遗传毒性进行筛查，本论文将光电信号分子、DNA和酶三种组分共同组装到传感器界面上，构建了两种光电化学酶传感器，葡萄糖氧化酶传感器和血红蛋白传感器，并用这两种传感器分别检测了金属离子Fe2+和有机化合物苯乙烯的潜在遗传毒性。实验结果表明，在葡萄糖存在下，葡萄糖氧化酶传感器能够迅速产生双氧水，和样品中的Fe2+一起造成核酸的氧化损伤，使光电流信号发生变化，这种传感器能够检测到低于50μM的Fe2+的遗传毒性，检测灵敏度有很大提高；在检测有机化合物苯乙烯的遗传毒性时，血红蛋白传感器能够将苯乙烯活化为遗传毒性物质氧化苯乙烯，造成核酸的加合物损伤，这种损伤能够迅速通过光电流信号的变化在传感器上被检测出来。另外，论文还用荧光光谱法和凝胶电泳技术对该传感器的检测结果进行了验证。以上实验结果表明，经进一步开发的光电化学传感器能够检测出酶催化原位产生的核酸氧化损伤及加合物损伤。