当今,人们对开发应用于诊断和基础研究的新型生物传感器越来越关注。随着新兴适配体技术的快速发展,基于适配体的生物传感器,有望成为最具前景的装置之一。目前,适配体作为生物传感器构建中极具潜力的识别元件,与传统亲和试剂单克隆抗体的最大区别即是,它几乎可与任何靶标选择性结合,其范围从小分子到全细胞和微生物,显著拓宽了生物传感器的应用范围,囊括了医疗诊断、食品检测和环境分析等众多领域。其中,基于RNA荧光模块的适配体作为一种新型遗传编码的生物传感器,通过与其同源荧光配体结合,可激活荧光,广泛应用于体外和体内RNA成像领域,现已成为生物学和生物化学研究的焦点。近年来,该类传感器从最初的孔雀石绿,发展到如今的菠菜(Spinach)系列适配体,已逐渐形成覆盖整个可见光谱的RNA荧光模块。其中,有些荧光模块甚至比绿色荧光蛋白(GFP)更加明亮,且荧光背景低,是一种优良的成像工具。RNA作为细胞功能的主要参与者之一,其作用并不仅仅局限于蛋白质合成,特别是非编码RNA,例如:小核RNA(snRNAs)、长链非编码RNA(IncRNAs)和小RNA(miRNAs)等等。随着越来越多的RNA被发现,转录组的数量已远远超过蛋白质组。然而,有关细胞内RNA功能的直接测量及其稳健的研究方法,仍处于不断发展之中。其中,miRNAs作为一种小的内源性RNA,可通过靶向特定的信使RNA,使其降解或翻译抑制,在动植物细胞中发挥着极其重要的调节作用,包括细胞增殖、细胞死亡、脂肪代谢和造血分化等诸多功能。本论文将通过对核酸适配体生物传感器的构建,建立一些免标记、操作简单、灵敏度高且选择性强的传感新方法,用于核酸代谢小分子的检测。具体研究内容如下:在第二章中,我们开发了一种基于RNA荧光模块的适配体生物传感器,该类传感器可实现免标记、灵敏快速且选择性强的miR21检测。当传感器遇到目标检测物,即可触发T7体外转录,实现信号放大,产生大量未经修饰的Spinach适配体序列,该类适配体的同源荧光配体本身不具有荧光信号,荧光背景极低,而当其与适配体结合后,即刻产生可识别的荧光信号,通过对荧光信号的测量,可实现对miRNA的高灵敏度检测。相较于传统的Spinach生物传感器,本章结合信号放大策略的新型传感器,其灵敏度提高了3-4个数量级,检测限估计为3 pM,有望为低丰度目标研究提供新思路。在第三章中,我们提出了一种新型基因编码RNA传感器策略。基于RNA荧光模块的适配体,为RNA传感器活细胞成像提供了一个有价值的平台。由此,本章利用该类适配体SRB2并联合GFP,继续致力于有关细胞内双荧光发射RNA传感器构建方案的探讨。通过对比,为削弱不同启动子驱动能力的差异以及分子内折叠对适配体表达带来的干扰,最终确定以单启动子质粒系统为载体,设计了一种SBR2 RNA适配体与GFP mRNA可分离的融合表达方案,实现了RNA适配体与GFP mRNA的同步表达,为活细胞比率成像技术的发展提供了新方法。