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随着生命科学的发展,监控和检测离子、分子、核酸等生物分子在体内的分布对于了解发病机制和疾病早期诊断都有着非常重要的意义。荧光生物传感器因其灵敏度高、选择性好、成本低廉、操作简单、对活细胞的损伤小以及能实现时空分辨成像等优势,在生物分析等领域已经得到越来越广泛的应用。脱氧核糖核酸(DNA)的功能已经从单纯的遗传信息载体发展成为具有特殊功能的功能核酸。功能核酸主要包括两种：一种是核酸适配体(Aptamers),能够像抗体一样特异性识别目标物,如离子、分子、蛋白、药物甚至整个细胞；另一种是脱氧核酶(DNAzyme),是一类具有类似蛋白酶催化活性并且需要特异性依赖辅助因子才能发挥其催化作用的核酸分子。功能核酸具有选择性好、稳定性高、结合力强、生物相容性好、靶标范围广、可以快速合成和易于修饰等优点,作为分子识别单元可以用于构建适用于复杂生物样品的荧光传感器。此外,纳米材料(量子点、金纳米颗粒,金属纳米簇等)和L-DNA研究的进展也为科研工作者提供了新的思路。基于以上考虑,综合文献内容,本论文将DNAzyme、纳米材料以及L-DNA等与荧光检测相结合,开发了一系列基于核酸的荧光传感器用于生物小分子(金属离子、氨基酸)的检测。具体内容如下：(1)在第2章中,我们利用G四链体与GR-5 DNAzyme构建了一种非标记的荧光传感器。在底物链的设计中,引入一段富G序列,用以增强ZnPPIX的荧光强度并以此作为信号报告基团。当加入目标物铅离子时,DNAzyme的催化活性被激活,酶底物链被切割成两段,使富G序列从底物链中释放出来用于增强ZnPPIX的荧光信号。同时释放的还有DNAzyme链,该酶链继续与底物链杂交并诱导新一轮的酶切反应,如此循环,体系中会形成更多G四链体结构,从而实现对铅离子的放大检测。(2)在第3章中,我们利用催化分子信标对辅助因子的特异性识别和银纳米簇与富G序列靠近能够产生荧光增强的特性构建了一种非标记的通用型荧光传感器,实现了对不同辅助因子(铅离子和L-组氨酸)的高灵敏检测。在该探针的设计中,催化分子信标作为目标物分子识别单元和信号放大器。当目标物存在时,酶切反应得以进行,释放出底物链中的富G序列,使其靠近AgNCs,从而AgNCs的荧光信号得到增强。同时,辅助因子和DNAzyme循环参与反应,实现了对铅离子和L-组氨酸的高灵敏检测。(3)在第4章中,我们利用手性分子识别机制以及特异性的"T-Hg2+-T"和"C-Ag+-C"结构,构建了一种基于L-DNA的通用型高灵敏荧光传感器,并将其用于汞离子和银离子的检测。L-DNA和D-DNA是对映异构体,其物理和化学性质相似,且对于非手性目标物具有相同的识别能力。利用该特性,本章构建的L-DNA探针实现了对汞离子和银离子等非手性金属离子的高灵敏、高选择性检测。同时L-DNA具有很强的生物稳定性,可以抵抗复杂生物样品中的酶降解,为传感器在实际样品中的应用提供了可能。