癌症,又称恶性肿瘤,作为目前死亡率最高的疾病之一,癌症的早期诊断一直备受人们关注,而肿瘤生物标志物的灵敏检测对癌症的早期诊断、临床治疗以及疗效测评等具有重要意义。随着人们在基因组学及分子病理学等领域的不断探索,发现了许多具有临床检测价值的肿瘤生物标志物,包括核酸、蛋白质、酶及各类代谢物等。通过对肿瘤标志物的高灵敏和高选择检测可以大大提高肿瘤早期诊断的几率,避免肿瘤的恶化。目前已发展出各种各样的生物传感器用于肿瘤标志物的检测。其中电化学生物传感器是应用最为广泛的方法之一。电化学生物传感器是将各类电化学检测手段与生物学技术相结合,具有检出限低、灵敏度高、稳定性好、响应速度快且仪器简单等特点,在分析与检测领域得到了广泛应用。将电化学生物传感器应用于肿瘤标志物的检测已成为近年来研究的热点。在电化学生物传感器的制备中,通过引入各种信号放大策略,可有效提高传感器的检测性能,实现肿瘤标志物的高灵敏和高选择性检测。本论文以电化学和电化学发光作为检测手段,将纳米材料和核酸扩增放大技术相结合,构建了检出限低、灵敏度高、稳定性好、选择性好且操作简便的电化学及电化学发光生物传感器,实现了对8-羟基-2?-脱氧鸟嘌呤核苷（8-OH-d G）、循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA,ctDNA）的灵敏检测。本论文主要研究内容有以下几部分:1.基于扩散介导的电化学发光猝灭效应构建8-OH-d G核酸适配体传感器在本实验中我们以三聚氰胺为原材料制备了羧基化的氮化碳（g-C3N4）纳米材料,研究发现,以K2S2O8作为共反应剂,g-C3N4会产生较强的阴极电化学发光,而二茂铁（Fc）对g-C3N4的电化学发光具有明显的猝灭作用。在此基础上,我们制备了一种基于扩散介导的电化学发光猝灭效应测定8-羟基-2′-脱氧鸟嘌呤核苷（8-OH-d G）的核酸适配体传感器。在传感器的构建中共引入了五条DNA链,其中一条长链DNA含有8-OH-d G适配体序列,其他四条短链DNA末端被Fc修饰（Fc-ss DNAs）且均能和长链DNA互补杂交。首先,长链DNA和四条短链DNA同时杂交形成长的双链DNA结构（Fc-ds DNA）,由于双链Fc-ds DNA尺寸较大且负电荷密度较高,因此扩散速度较慢且与g-C3N4/Nafion修饰电极表面的静电排斥作用较大,对g-C3N4的电化学发光猝灭效应不明显。当体系中存在8-OH-d G时,长链Fc-ds DNA中的适配体序列和8-OH-d G特异性结合,释放出四条短链Fc-ss DNAs,并且在核酸外切酶（Exo I）的作用下,四条短链Fc-ss DNAs被剪切成单核苷酸结构。Fc标记的单核苷酸结构具有尺寸小,负电荷少的优点,因此向电极表面扩散的速度较快并且与电极表面的静电排斥力小,g-C3N4的电化学发光强度明显降低。在本项工作中,目标物8-OH-d G和适配体的结合会释放出四条Fc标记的短链DNA,相当于目标物的四倍放大。同时和8-OH-d G结合的适配体也会被Exo I剪切,目标物8-OH-d G被释放出来进入下一轮的识别和酶切反应,从而实现了目标物的循环使用和信号放大。在最佳的实验条件下,对8-OH-d G检测的线性范围为10 f M-10 n M,检出限为1.5 f M。利用该传感器对人体尿样中的8-OH-d G进行了检测,结果满意。该适配体传感器的构建为8-OH-d G的临床检测和诊断提供了技术支持和方法。2.基于双酶辅助目标物放大及空心纳米聚合物的信号放大策略构建循环肿瘤DNA电化学传感器循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA,ctDNA）是肿瘤细胞进入血液后崩解释放出的一种小片段核酸,它携带有大量的生物学特征信息,在肿瘤诊断、疾病监测、疗效及预后评估等方面具有重要作用。然而,现有的ctDNA分析策略依赖于昂贵的仪器,因此开发一种操作简单、高效灵敏的检测方法具有重要意义。在本项工作中,我们以SiO2纳米微球为模板,通过阳离子聚合物PEI-Fc和阴离子聚合物PAA在SiO2纳米微球表面的层层自组装,制备了负载大量二茂铁信号分子的PEI-Fc/（PAA/PEI-Fc）2@SiO2复合物,然后用HF对SiO2进行刻蚀,得到负载Fc的空心型纳米复合物（Fc-HPNs）。传感器的设计原理为:发夹DNA1（HP1）包含和ctDNA互补的序列,在目标ctDNA的作用下,发夹结构被打开形成具有粘性末端的双链DNA。在聚合酶vent（exo-）polymerase的作用下形成完整的双链DNA结构,然后在限制性内切酶（Nb.Bbv CI）的作用下,双链DNA中的一条链被剪切。基于vent（exo-）polymerase的链取代特性,释放出output DNAs。在聚合酶和内切酶的双重作用下,产生了大量output DNAs,实现了目标物的转换和放大。接下来,output DNAs和连接在磁球表面的发夹DNA2（HP2）反应,打开HP2的发夹结构,促使末端修饰Fc-HPNs的短链DNA（Fc-HPNs-p DNA）和HP2相结合,形成Fc-HPNs-p DNA/MBs磁性复合物,该复合物磁性分离后滴涂在磁性玻碳电极表面,通过磁性作用,Fc-HPNs-p DNA/MBs能够稳固的附着在电极表面。通过检测Fc的电化学信号,可以实现对ctDNA的检测。实验发现,抗坏血酸（AA）对Fc的电化学氧化还原反应有很好的催化作用,能显著提高Fc的电化学响应信号,因此我们在检测介质中加入了适量AA来增强Fc的氧化信号,提高检测的灵敏度。本文将双酶辅助的目标物放大作用和空心纳米聚合物对信号分子的高负载量以及AA的催化作用相结合,显著提高了检测的灵敏度,构建了高灵敏、高选择性检测ctDNA的电化学传感器。由于DNA链的杂交、酶切等反应均在均相溶液中进行,反应速率和效率大大提高。同时磁性电极的使用避免了复杂的电极修饰过程,使传感器的制备更为简便。该传感器在10f M～10 n M之间对ctDNA具有良好的线性响应,检出限为1.6 f M。该传感器为ctDNA的检测提供了一种新的方法,在癌症的预防、诊断和术后评估等方面具有潜在的应用前景。