由于环境恶化,我国每年癌症患病人数在不断增加,是造成我国死亡人数的首要原因。临床显示,大部分早期肿瘤治愈率很高且十年内生存几率大,治疗花费远远小于晚期肿瘤。然而,癌症的早期诊断的研究难度大,一方面,癌症早期患者自身通常没有异常感觉,很难及时诊断治疗;另一方面,由于早期肿瘤释放的表达因子较少,对检查的灵敏度有极高的要求。电化学生物传感器具有响应速度快、特异性强、灵敏度高、操作简单以及成本便宜等显著优点,在环境污染物检测、药物筛选、疾病检测等方面得到广泛的应用。为了提高传感器的灵敏度,我们引入了多种信号放大策略和纳米材料,提高检测灵敏度。具体工作如下:1.基于目标物驱动DNAzyme形成和级联信号放大技术构建电化学传感器酶辅助的信号放大方法虽然能提高传感器的灵敏度,但是酶不稳定,易于受到环境温度、pH等的影响,因此构建简单、灵敏且无酶传感器十分必要。本实验基于目标物驱动DNAzyme形成和级联信号放大技术成功设计了一种用于microRNA-21检测的新的无酶等温扩增策略,使用DNAzyme亚基作为识别元件进行级联信号扩增。无酶扩增策略消除了对蛋白质酶的需求,使系统更简单,稳定和低成本。首先,辅助DNA（Helper 1和Helper 2）共同识别目标物以形成稳定的活性的DNAzyme 1,DNAzyme 1继续切割多个发夹H1底物,伴随产生大量DNA片段。产生的片段DNAzyme 2可以继续切割电极上的发夹H2底物,导致发夹上标记的Fc离开电极表面,电流信号减小。一方面,基于级联信号放大策略,1个目标物可以完成对多个标记Fc的H2的剪切,显著提高了传感器灵敏度。同时,上一循环的产物参与诱导下一个循环的发生,经济节约。这样一个方法拓宽了DNAzyme辅助的目标物循环的应用,提供了一种高灵敏检测microRNA的方法,检测过程一步完成,为构建简单、无酶的检测策略提供了一种新方法。2.基于3W-催化发夹自组装和树状DNA纳米结构构建电化学生物传感器医学研究证明,人类疾病与特定基因的异常表达直接或间接相关。目前,通过基因检测可以诊断出大约1000种遗传性疾病,特别是一些发病率较高的恶性肿瘤。然而,由于基因突变类型较多,增加了对特定基因突变的检测的难度。在这项研究中,我们提出了一种基于3W-CHA信号放大策略和树状DNA结构的生物传感器用于基因检测。在催化发夹自组装的基础上,通过间接检测T-TP杂交链来代替对目标物T的直接检测。检测选择性可以通过T-TP识别和T-TP-CHA识别这两个特定反应得到双重保证,大大提高了对等位基因的分辨率。随后,在电极上形成有序的树状DNA纳米结构,电极上的树状DNA纳米结构会大大阻碍电子传递,从而引起电极表面的阻抗变化,通过电化学交流阻抗法（EIS）完成对传感器的检测,避免了复杂的标记过程,有效简化了实验步骤。该方法提供了一种新的构建信号放大型阻抗传感器的方式。3.基于催化发夹自组装和Fe₃O₄/CeO₂@Au纳米催化剂的电化学生物传感器用于microRNA-21超敏感检测本研究基于Fe₃O₄/CeO₂@Au磁性纳米粒子（Fe₃O₄/CeO₂@Au MNPs）作为纳米催化剂和催化发夹自组装（CHA）进行信号放大,提出了一种用于检测microRNA-21的电化学生物传感器。首先,目标物microRNA-21与发夹H₂杂交形成H₂-T双链DNA（dsDNA）,生成的H₂-T双链DNA可进一步打开发夹H₁以形成H₁-H₂ dsDNA。同时,Fe₃O₄/CeO₂@Au-S₁不仅与H₁-H₂ dsDNA的单链片段杂交,产生长的双链DNA用来吸附大量亚甲基蓝（MB）电活性物质,而且还作为纳米催化剂直接催化亚甲蓝（MB）还原,放大电化学信号。重要的是,与纯Fe₃O₄纳米粒子相比,Fe₃O₄/CeO₂@Au MNPs表现出优异的催化性能,因为氧化铈（CeO₂）纳米粒子和Au纳米粒子可以大大提高Fe₃O₄的催化活性,并且,Fe₃O₄/CeO₂@Au MNPs有效地防止了Fe₃O₄纳米粒子的聚集。由于信号放大策略,所提出的生物传感器表现出优异的特异性和灵敏度。该策略为检测其他生物标志物提供了一种新途径。