癌症的出现给众多病人的生活造成了极大的困扰,甚至直接威胁着人们的健康和生命。尽早发现并及时治疗是预防癌症的最有效手段。近年来,随着临床检验医学的快速发展与深入研究,一些癌症标志物的相继问世。其中microRNA(miRNA)这种长度介于18-24个核苷酸之间,内源性的单链RNA,由于其在基因表达方面卓越的调控能力,吸引了科学家的注意,成为备受瞩目的癌症标志物。定量逆转录聚合酶链反应,荧光法和Northern blotting等常规方法已被用于miRNA检测,但上述方法的敏感性和特异性并不能满足日益严苛的检测需求。目前,电致化学发光(ECL)以其稳定性高、背景低、检测范围广等优点,广泛应用于免疫分析的各个领域,如适体传感器和生物标志物检测等方面,是疾病标志物分析和早期癌症检测的有效途径。为了提高ECL检测的灵敏度,一些核酸放大方法,如核酸扩增法、聚合酶链反应等广泛应用于传感器的构建。然而,这些方法不仅反应条件严格,而且对反应仪器和操作都有非常高的要求。同时,这些方法也可能增加传感器假阳性或假阴性信号。DNA分子步行器是一种由可智能编辑的DNA合成的人造分子机器。因为其高效的自组装纳米结构、卓越的货物运输的能力和良好的生物模拟现象,引起了大量学者的关注。基于此,本论文主要从提高传感器灵敏度出发,通过设计并应用DNA纳米机器,结合DNA放大策略以及多种纳米复合物,构建了多个ECL生物传感器,实现针对癌症标志物的超灵敏检测。本论文的研究工作主要分为以下几部分:1.基于三维DNA分子步行器和距离调控信号猝灭与增强策略的ECL传感器研究DNA分子步行器以其高效的自组装纳米结构、货物装卸能力和生物模拟现象等优点,在生物应用中有着广阔的前景。但由于一维、二维DNA分子步行器轨道的固定空间和低浓度的track DNA组分,其行走效率不高,放大效果也有限。本研究在ECL领域中,引入行走效率高、信号放大能力强的三维DNA分子步行器进行从少量目标物到大量中间产物的转化,以实现信号放大的效果,为三维DNA分子步行器在ECL领域的应用奠定了基础。其次,利用纳米金和CdS:Mn量子点独特的距离调控能量转移现象,提出了“on-off-super on”策略,克服了常规直接检测的背景信号高的缺点,也解决了通常“on-off-on”模式第二个“on”状态信号低的问题,从而提高了检测灵敏度。该工作为基于三维DNA分子步行器的传感器的构建提出了一种新型的信号放大方法,并拓宽了其应用。2.基于三维DNA分子步行器网络结构的无酶ECL传感器对两种癌症标志物的检测研究三维DNA分子步行器行走效率高、信号放大能力强、能显著提高传感器灵敏度,然而,生物传感器界面有限,这就导致了三维DNA分子步行器固载量不足的问题。基于此,我们拟设计一种基于三维DNA分子步行器网络。它是由两种固载着不同支链(DNA H1和H2)的三维DNA分子步行器,通过H1和H2的碱基互补配对组成的网络结构,从而显著提高三维DNA分子步行器的固载量。此外,巧妙的通过AuNP和CdS:Mn量子点的距离调控实现针对同一癌症的不同种类目标物的检测,使检测数据更全面,检测效果更准确,为ECL技术更好地应用于临床分析提供了可能。3.基于DNA分子棘轮和目标物循环放大策略的ECL传感器的超灵敏检测研究智能型DNA分子步行器已成为生物传感领域的一大热点,但由于DNA分子步行器的DNA组分局部浓度低,因布朗运动诱发的脱轨趋势等原因,其步行效率仍然受到限制。为了克服上述不足,本研究提出了一种锌离子驱动的DNA分子棘轮。通过修饰在纳米金上的高局部浓度的leg DNA和传感界面相匹配的track DNA互补配对形成锌离子识别位点,使得DNA分子棘轮能在锌离子驱动下高速滚动,将运动方式由一步一步的行走转变为高速滚动,削弱了腿部DNA的脱轨,缩短了运动时间。这样一个优秀的DNA分子机器被用于传感器的构建,为癌症标志物的快速检测提供了一种超灵敏、可控的策略。