细胞内的活性分子是细胞的重要组成成分，它主要分为两类：活性小分子和活性大分子。活性小分子主要包括活性氧自由基、活性氮自由基、气体小分子（CO、NO、H2S、O2等）、抗氧化剂（谷胱甘肽和维生素C等）、H+、金属阳离子、阴离子等；活性大分子包括蛋白质和核苷酸等。这些活性分子在生物体的生命活动中起着至关重要的作用，是活细胞生理功能必不可少的物质。目前，细胞内活性分子的检测受到广泛关注且被大量研究，但是仍然存在检测限高，灵敏度低，选择性差的缺点，这将极大地限制我们准确探究活性分子在细胞生理病理活动中所起的作用，无法对其功能做出准确判断。因此发展高灵敏度和高选择性的分析方法来实现对它们的检测具有重要意义。　　DNA纳米技术是近几十年发展起来的一种以脱氧核糖核酸为结构单元，建造纳米尺寸结构的一门技术。DNA除了作为基因的载体，本身还是一种一维的纳米线，能通过组装构建二维平面、三维管状和多面体等多种结构，在这些三维结构中，DNA四面体结构由于合成简单，易于修饰等优点已经在生物传感和治疗方面得到了广泛的应用。DNA四面体由六条边和四个顶点组成，每条边和每个顶点都能进行功能化修饰染料或其他核苷酸，而且四面体的结构具有易于进细胞，良好的生物相容性，高的核酸酶稳定性等特点，使其在生物研究中得到了广泛的应用。　　氧化石墨烯（GO）纳米片是二维单层具有 sp2碳层结构的材料，具有良好的水溶性、两亲性和生物相容性，能将某些含芳香基团的疏水分子通过π?π堆积和氢键相互作用吸附到其表面。氧化石墨烯的表面能功能修饰羟基、羧基、氨基等活性官能团，为进一步修饰其他功能性物质提供可能。GO具有宽的吸收带，因此能作为良好的荧光猝灭剂，使得吸附在其表面的染料分子的荧光被猝灭，而且其尺寸在纳米级别，能作为良好的载体将携带的物质运送到细胞内。　　本论文分别以DNA四面体和GO作为载体，设计合成了两种纳米荧光探针，用于细胞和活体内活性小分子和microRNA(miRNA)的高灵敏检测。本论文主要从以下两方面的工作开展：　　1、基于 DNA四面体控制染料距离避免自猝灭，实现细胞和活体内多组分的高灵敏检测。目前发展的多组分的检测方法会引起染料探针的荧光自猝灭从而降低检测的灵敏度。为了解决这个问题，我们设计了一种基于DNA四面体控制染料距离的纳米探针，实现了在同一激发下对pH和超氧（O2??）的高灵敏检测。DNA四面体是由四条等长的单链经过淬火过程组装形成的，在DNA四面体的一个顶点处修饰荧光素，在其他三个顶点处修饰二氢乙锭。荧光素和二氢乙锭分别作为pH和O2??的响应基团，它们具有相同的激发波长（488 nm）和不同的发射波长（515 nm和580 nm）。由于两个染料分别修饰在四面体的顶点处，它们之间的距离得到了有效的控制，对比基于介孔硅装载染料检测的方法，该方法降低了荧光自猝灭的效率。实验证明DNA四面体有良好的生物相容性，能携带染料进入细胞和强的抗核酸酶的降解的能力，实现对细胞内pH和O2??的高灵敏检测。将该探针应用于活体炎症模型时，观察到炎症区域pH的下调和O2??的上调过程。该方法可通过控制染料距离有效降低自猝灭效率，提高灵敏度，为多组分的检测提供了新的可能。　　2、基于石墨烯（GO）和分子信标（MB）的纳米探针用于细胞和活体内miRNA的高灵敏检测与成像。在 MB的两端分别修饰两个染料分子，由于它们之间距离近而发生荧光自猝灭，当 MB吸附到 GO上，染料分子的荧光被进一步猝灭，相比于 MB上连接一个染料的对比组，纳米探针有效的降低了荧光背景；当遇到靶分子miRNA时，纳米探针能实现两分子的荧光恢复，而对比组只能实现一分子的荧光恢复，所以我们设计的纳米探针能从降低荧光背景和提高荧光信号两方面提高检测的灵敏度，通过化学体系的荧光恢复实验可以看出纳米探针的荧光背景比对比组的荧光背景低，当加入靶分子后，纳米探针的荧光恢复比对比组高，而且检测限降低了十几倍，表明纳米探针能够实现miRNA的高灵敏检测。在细胞实验中区分出不同癌细胞中miRNA含量的不同，也进一步说明纳米探针的高灵敏度。