生物传感器是一种利用生物活性物质（酶、抗体、核酸、微生物及细胞等）作为敏感识别元件来对某种或多种待测物质进行分析检测的设备。许多生物传感器的构建都是基于生物分子间的特异性识别，包括酶与底物、蛋白质与核酸、抗原与抗体等，因此生物传感器具有良好的特异性和灵敏度。同时，由于纳米材料具备多种独特的优点，如良好的生物相容性、独特的光电性质等，被广泛应用于生物传感器的构建，以提高其特性和功能。本论文整合了纳米材料的特殊性质和生物分子之间的特异性识别，并通过设计具有特殊功能的生物分子，从而构建了若干新型的传感器，用于生物分子的检测及功能的研究。　　1.金纳米颗粒与适体偶联用于检测血小板衍生生长因子的研究　　以血小板衍生生长因子与其适体之间的分子识别和形成的“夹心”结构复合物为基础，并利用金纳米颗粒进行信号放大，作者构建了一种新型电化学生物传感器，用于血小板衍生因子的检测。血小板衍生因子具有两个适体结合位点，可同时结合两个适体分子，形成“夹心”复合物。实验表明，由于金纳米颗粒的参与和复合物结构的形成，极大地增强了电化学探针钌复合物的信号，因此，该传感器的检测灵敏度大大提高，纯化样品中的检测下限可达到1×10-14 M，血清样品也可达1×10-12M。同时，实验证明该检测系统具有良好的稳定性和特异性。　　2.多种纳米颗粒固载蛋白质用于构建多组分免疫传感器的研究　　我们构建了一种简单且易操作的比色法多组分免疫传感器，用于依次检测一个样品中的多种肿瘤标记物。首先将表面修饰有生物素标记肿瘤标记物抗体的磁性纳米微颗粒加入待检测样品液中，快速磁性分离及收集后，肿瘤标记物与其他非特异性蛋白分离。然后，通过表面修饰有酶标抗体的金纳米颗粒与肿瘤标记物之间进行的特异性分子识别，达到信号放大的目的。最后，利用辣根过氧化物酶对不同底物的催化，通过肉眼即可检测两种肿瘤标记物，癌胚抗原和甲胎蛋白。此外，实验表明通过光谱学测定所获得的检测下限可达0.02 ng/mL。同时，该检测方法具有良好的特异性和重复性，而且具备高效的特点，可在94分钟内检测血清样品中的两种肿瘤标记物。　　3.基于纳米材料和酶联电化学催化构建磷酸化传感器的研究　　蛋白质激酶催化磷酸化在许多重大生物活动中都扮演着至关重要的角色，与许多细胞功能密切相关，而磷酸化的非正常调控会导致多种疾病，例如癌症的发生和发展，因此对磷酸化进行有效监测具有十分重要的意义。本章中我们报道了一种基于纳米材料和酶联电化学催化的无探针电化学生物传感器，用于磷酸化的检测。首先，将底物多肽修饰在金电极表面，由于蛋白质激酶的磷酸化作用，多肽上的磷酸化位点被生物素标记的特异性抗体识别并结合。然后将多个抗生物素蛋白标记的辣根过氧化物酶修饰在金纳米颗粒表面，使纳米颗粒连接在金电极上。由于辣根过氧化物酶的电化学催化作用，作者利用底物四甲基联苯胺反应产生灵敏的电化学响应，用于表征蛋白质激酶的活性。该电化学生物传感器无需使用探针，而且具有良好的检测灵敏度和检测范围。此外，我们还利用该传感器对蛋白质激酶的活性抑制进行了研究。　　4.开关可控式超灵敏磷酸化电化学传感器的构建　　本章中我们报道了一种简单方便，且具有极高灵敏度的开关可控式电化学生物传感器，用于蛋白质激酶活性的检测。我们将带正电的底物多肽序列修饰在电极表面形成致密的自组装单层，作为“分子开关”。底物多肽在磷酸化前富含正电荷，阻碍同样带正电荷的探针五氨合钌进入电极表面，因此无电化学信号产生，“分子开关”处于“关闭”状态。而当底物多肽被蛋白质激酶磷酸化以后，产生了带负电的磷酸根离子，使电极表面的自组装单层变得疏松;同时探针分子通过静电作用与磷酸根结合，大量聚集在电极表面，产生明显的电信号，因此开关转换至“开启”状态。开关状态的调控可通过分别加入蛋白质激酶和碱性磷酸酶对底物多肽进行催化来完成。该传感器对蛋白质激酶具有极高的检测灵敏度，检测下限达到1×10-4 unit/mL，线性范围为1×10-4-1×10-2 unit/mL。此外，该传感器还可用于非纯样品的检测，具有良好的特异性和可重复性。　　5.基于双功能适体介导的分子识别对凝血酶活性调节的研究　　凝血酶是一种诱导血栓形成和肿瘤血管增生的重要酶类，对凝血酶活性调控的研究以及凝血酶抑制剂的开发受到了越来越多的关注。但是，大部分凝血酶抑制剂都具有一定的副作用，因此，设计有效的凝血酶抑制剂和稳定安全的解毒剂变得十分重要。本章中我们设计了一种双功能适体:一方面它能识别凝血酶并与之结合，抑制其活性，从而发挥抗凝血剂的功能;另一方面，当体系中加入血红素时，由于该适体与血红素之间具有更高的亲和力，因此它能从凝血酶的作用位点中解离出来，与血红素识别并结合形成复合物，凝血酶的活性得以恢复。实验表明，这种新型的抗凝血剂一解毒剂具有高效、稳定、使用方便以及低毒性的优点，而且无需进行物理激发或化学反应即可发生作用，避免了实验操作或化学试剂的参与可能带来的毒性干扰。