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核酸作为一种生物标志物可用于癌症等重大疾病的早期诊断与治疗。等温信号放大技术的出现与发展为核酸的高效、快速、灵敏检测提供了新方法和新思路。本文将DNA链取代反应、工具酶介导的等温信号放大技术与化学发光、荧光等分析方法相结合,建立了一系列等温信号放大新体系,提高核酸检测的灵敏度和选择性,并用于构建多种分子逻辑电路,在DNA纳米结构组装、信号放大生化分析、生物逻辑运算等领域具有广阔的应用前景。本论文主要开展了以下四个方面的工作:一、自组装超支化DNA结构用于核酸检测及在分子逻辑门中的应用基于催化茎环组装反应(CHA)和杂交链式反应(HCR),实现了超支化DNA结构的自组装。结合化学发光共振能量转移(CRET)体系,将自组装形成的超支化DNA结构作为免酶信号放大器,构建了通用型信号放大生物传感平台,实现了miRNA-122的高灵敏检测,检测限达0.72 pM,且具有良好的选择性,可区分单碱基错配的miRNA-122。此外,将该体系用作程序化的逻辑运行,构建了靶引发的、具有反馈功能的级联分子逻辑电路。二、基于交叉催化茎环组装指数信号放大检测DNA的研究基于“toehold”介导的DNA链取代反应建立了一种交叉催化茎环组装(C-CHA)新技术,结合化学发光共振能量转移体系,实现了对DNA分子的指数信号放大检测。在DNA茎环结构中引入猝灭基团Dabcyl,有效降低了荧光素产生的背景信号,极大地提高了检测方法的信噪比和灵敏度,对DNA的检测限达0.67 pM,并成功应用于分子逻辑电路的操作。三、免酶催化自组装超支化DNA结构及其在miRNA检测中的研究基于“toehold”介导的DNA链取代反应提出了一种支化催化茎环组装技术。该方法以“三叉-茎环”结构为反应中间体,由引发链引发“三叉-茎环”结构上茎环之间的自组装过程,实现了超支化DNA结构的动态自组装。进一步,利用荧光共振能量转移(FRET)技术,将该体系用于信号放大生物传感分析,实现了miRNA-155的高灵敏、高选择性检测,并成功应用于复杂生物体系中核酸分子的分析,表现出良好的选择性。四、基于可控DNA链取代反应磁分离化学发光成像同时检测多种miRNA的研究基于DNA聚合酶-核酸内切酶的工具酶信号放大技术,结合DNA链取代反应,建立了同时检测多种miRNA的化学发光成像新方法。该方法具有线性范围宽、灵敏度高等优点,对三种miRNA的检测限均可低至fM数量级。此外,该方法能够区分单碱基错配的miRNA,表现出良好的特异性,并成功应用于血清实际样本的分析。实验中所用的磁珠可重复使用,从而降低了检测成本。本工作在miRNA表达分析、疾病诊断以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。