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光学生物传感器因具有电磁干扰少、响应速度快、可提供的信息量大以及可多种目标物同时检测等优点,被广泛应用于核酸、蛋白质和生物小分子等的检测。核酸信号放大技术能够在一定程度上大大提高检测灵敏度而受到广大研究者的关注。本论文结合核酸分子荧光探针和核酸信号放大技术的优势,发展了一些灵敏度高、选择性好的生物传感新方法用于mRNA的点突变识别和microRNA表达水平的原位成像分析。主要内容如下:基因表达的超灵敏和特异性的原位成像分析对于分子医学研究和早期临床诊断具有重要意义。在第二章,我们结合连接介导的特异性点突变识别和超支化杂交链反应建立了一种全新的荧光原位杂交方案(ligation-bHCR),用于mRNA中单核苷酸变异的原位成像分析。体外结果显示,该方法能够高特异性地识别mRNA中单核苷酸变异,且产生高度支化的聚合产物实现更好的信号扩增,比常规HCR方法具有更高的灵敏度。成像结果显示,ligation-bHCR方法生成的高亮荧光信号斑点可用于单分子水平上对细胞内目标mRNA进行可视化定位,并且颜色不同的亮点信号能够特异性地基因分型点突变。该方案对于和mRNA表达异常或位点突变有关的各种疾病的早期诊断具有极大的应用潜力。MicroRNAs(miRNAs)是一种广泛存在于动植物和病毒体内的非编码小RNA,对基因的表达起着重要的调控作用。研究发现miRNA的异常表达往往与各种疾病包括癌症的发生密切相关,有望成为一种新的生物标志物用于临床诊断、新药开发以及靶标治疗。在第三章,我们利用基于支化杂交链反应的荧光原位成像技术(bHCR-FISH)对肿瘤细胞中miRNA进行单分子原位检测。为减少多聚甲醛固定细胞后miRNA的流动性和损失,我们将多聚甲醛固定后的细胞再通过EDC的共价交联作用将miRNA的5’端固定于细胞内蛋白质上。然后在严格杂交条件下以目标miRNA为引物进行支化杂交链反应,用于高灵敏特异性原位检测目标miRNA的表达水平。我们用该方法实现了miRNA-21分别在表达水平不同的Hela和HEK293两种细胞中的单分子可视化原位检测,此外控制实验表明该方法的选择特异性良好。与传统的FISH技术相比,该方案大大提高了原位成像分析的灵敏度。基于目标自引物的bHCR-FISH技术可以在单细胞水平以超高灵敏度和单分子分辨率可视化检测miRNA,在基础生物学研究和临床诊断方面具有很大的潜在应用价值。