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生物传感器是一个涉及生物、化学、材料以及纳米、微电子、信息等多学科技术在内的交叉领域,具有快速、准确、高选择性等特点,因此无论是对生物电子体系的机理研究,还是实际应用开发,生物传感器都激发了各国研究者广泛而持久的兴趣。随着对基因结构与功能的深入研究以及人类基因组计划的完成,标志着生命科学的发展正式进入了后基因组时代。生命科学的主要研究对象是功能基因组学,其中包括了基因组研究和蛋白组研究等,而基因组学和蛋白质组学研究的最基本单位就是DNA和蛋白质。DNA适体能够与多种目标物特异性结合,形成多种灵活的分子识别和信号转换机制,因此基于各种设计巧妙、性能优良的新型DNA探针构建的生物传感器被开发研制,并在基因分析、疾病诊断、环境监测、食品安全等领域得到了广泛的应用。本论文利用DNA探针的特点构建了生物传感器实现了对凝血酶,血小板生长因子和农药的简便、廉价、快速、灵敏的检测。论文主要分为四章第一章前言本章首先对生物传感器的基本结构、检测原理、分类及应用领域与前景做了系统的介绍。重点介绍了两种生物传感器,一类是适体生物传感器,重点介绍了DNA的构型和DNA构型变化的原理及相关事例；另一类是抑制乙酰胆碱酯酶活性的生物传感器,介绍了两种类型抑制乙酰胆碱酯酶活性的生物传感器的原理和相关事例。第二章基于三螺旋DNA分子开关构筑开信号电化学适体生物传感器用于凝血酶的检测本实验基于核酸适体与凝血酶的特异性结合,通过巧妙的构筑三螺旋DNA分子开关研制了一种快速、通用型的开信号电化学适体生物传感器,实现凝血酶的高灵敏和高特异性的检测。具体方法是将亚甲基蓝标记的DNA首先固定到金电极上,然后与适体探针杂交形成三螺旋的DNA,促使亚甲基蓝远离电极表面,有效的阻碍电子的传递,此时具有较低的氧化电流信号。一旦加入目标物(例如凝血酶),由于凝血酶与适体DNA的结合力远大于碱基对相互作用力,造成三螺旋DNA结构的破坏,亚甲基蓝标记的DNA变成自由的状态,亚甲基蓝靠近电极表面获得增加的电流信号。据此实现对凝血酶的快速、高选择性和高灵敏检测,线性范围：0.5 nM～10 μM,检测限0.12 nM。此电化学适体传感器具有良好的再生能力和稳定性,可以重复利用以及设计简单,易于操作等优点。另外通过简单地改变适体探针的序列,还可以用于其他物质的分析和检测。第三章基于DNA构型变化的免酶和免标记的血小板生长因子传感新方法研究本实验基于核酸适配体与目标蛋白的特异性结合,利用目标触发杂交链反应(hybridization chain reaction,HCR)和氧化石墨烯(graphene oxide,GO)为基础的选择性荧光淬灭性质,设计了一种新型的荧光适体传感器,实现了免酶和免标记高灵敏的检测重组人血小板源性生长因子(PDGF-BB).通过设计三种DNA探针,分别为辅助DNA探针Otelper DNA probe,HP),发卡探针1 (hairpin probe 1,H1)和发卡探针2(hairpin probe 2,H2),在目标物存在时,HP上的适体序列能够识别目标物形成目标物与适体的复合物,促使HP的构型发生改变,进而触发H1和H2链式杂交过程,产生由HP诱导H1和H2杂交形成的长链。最后,荧光指示剂SYBR Green Ⅰ(SGI)通过扦插和绑定小沟两种机理与HCR中长的双链结合。当HCR反应结束时,把GO加入到溶液中,自由的H1,H2和SG可以通过π-π共轭作用吸附到GO表面。然而,HCR产物不能吸附到GO表面,因此绑定到HCR产物上的SG有强的荧光信号,信号的强度与目标物的浓度成一定比例。实现了血小板源性生长因子-BB(PDGF-BB)的高灵敏、高选择性的荧光检测,线性范围：5pM～5 nM,检出限：1.25 pM,最后将其用于人血清中PDGF-BB含量的分析测定。第四章基于DNA构型变化及荧光循环放大策略的农药传感新方法研究该传感方法基于金属离子介导的DNA构型变化和酶触发的荧光循环放大策略实现了农药残留的传感检测。本实验设计了两条单链DNA,其中一条是T-T错配的单链DNA1,利用汞离子与T碱基形成T-Hg2+-T碱基对,从而形成发卡DNA探针；另一条是两端分别标记荧光基团FAM和荧光淬灭基团BHQ的短链DNA2。利用乙酰胆碱酯酶(AChE)能够水解硫代乙酰胆碱生成硫代胆碱,该物质能够竞争性的结合发卡探针中的汞离子,从而使发卡探针通过构型变化变成直链DNA1,而DNAl能与BHQ probe DNA2通过碱基互补配对作用杂交,杂交后的双链能被切刻酶识别并切割,从而使得FAM的荧光恢复。而氨基甲酸酯类和有机磷农药能够抑制乙酰胆碱酯酶的活性,从而抑制乙酰胆碱酯酶的水解反应,导致生成硫代胆碱数量减少,因此检测到FAM的荧光强度减弱。利用荧光强度与农药含量的线性关系,实现了生姜中涕灭威农药残留的检测,线性范围：10pg L-1～10 mgL-1,检出限：3.3 μgL-1。