重金属污染物和癌症对人类的健康都有着极大的威胁。重金属污染物如Hg²⁺,作为最危险的重金属离子之一,被人体吸收后,可直接引起脑损伤、肾衰竭和运动障碍等疾病。每年的癌症病发率和死亡率都在持续增加,目前癌症已成为全世界人类致死的主要因素之一。据研究表明,循环肿瘤DNA（circulating tumor DNA,ctDNA）携带有肿瘤突变的序列信息,可实现对癌症的早期筛查、病情检测和预后评估。因此,检测重金属污染物Hg²⁺和循环肿瘤DNA对于人类的健康都是至关重要的。由于光学和电化学传感器对杂质的干扰较为敏感,基于光学和电化学的检测通常需要复杂的样品预处理过程。而磁弛豫传感器由于其外加的射频辐射具有深度穿透能力,无需对样本进行分离和纯化步骤即可分析测试。现已发展的基于氧化铁纳米颗粒聚集分散的磁弛豫传感器存在以下不足:一、磁弛豫传感器存在纳米颗粒从聚集到分散和分散到聚集两种分析模式,且两种分析模式的弛豫信号变化趋势不同。两种分析模式的选择与多种因素相关,如纳米颗粒的尺寸和靶标类型等。因此,靶标检测时无法准确判断该反应是属于哪一种分析模式或是两种分析模式是否同时存在,从而影响靶标检测的准确度;二、氧化铁纳米颗粒构建的磁信号探针与靶标比例不合适引起弛豫信号变化趋势的改变也会影响靶标检测的准确度。因此,本论文构建了基于氧化铁纳米颗粒浓度依赖的磁弛豫传感器用于复杂样本中Hg²⁺的检测。此外,由于目前ctDNA的检测方法都不能实现对复杂样本中ctDNA的直接检测,因此本论文基于Mn²⁺浓度变化以及核酸外切酶Ⅲ（Exonuclease III,Exo-Ⅲ）辅助信号放大,构建了一种新型的磁弛豫传感器,用以直接检测复杂样本中的循环肿瘤DNA。其主要内容如下:第一部分:基于寡核苷酸修饰的氧化铁磁性纳米颗粒构建磁弛豫传感器检测Hg²⁺。将寡核苷酸DNA₁和DNA₂分别与两种氧化铁磁性纳米颗粒MB₃₀和MB₂₀₀偶联,构建磁信号探针MB₃₀-DNA₁和磁分离探针MB₂₀₀-DNA₂。Hg²⁺激活MB₃₀-DNA₁与MB₂₀₀-DNA₂杂交,导致MB₃₀-DNA₁聚集,测量磁分离后剩余MB₃₀-DNA₁的T₂信号,依据T₂信号的变化与Hg²⁺浓度之间变化关系进行样品中Hg²⁺定量分析。研究结果表明,该方法的检测范围为0.8μM到50μM,线性方程为ΔT₂=164.06 x+35.5,R²=0.98,检测限（Limit of Detection,LOD）为0.23μM。该方法测定自来水、湖水和血清中Hg²⁺的回收率为98.6%～101.7%,具有较高的回收率和准确性。由于磁信号可忽略生物样本的散射、吸收或自发荧光的背景干扰,该磁弛豫传感器对于临床和环境中Hg²⁺测定具有潜在的应用价值。第二部分:基于Mn²⁺浓度变化的磁弛豫传感器直接检测全血中的循环肿瘤DNA。在本工作中以MB₁₀₀₀为载体,在其修饰上可与靶标ctDNA互补的单链核酸（DNA₁）和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase,ALP）,得到复合物MB₁₀₀₀-DNA₁-ALP,在ct DNA存在时与其杂交形成双链DNA,随即特异的被Exo-Ⅲ识别并循环切割释放ALP,经磁分离富集后的ALP还原抗坏血酸磷酸盐产生抗坏血酸,随后将MnO₂还原为Mn²⁺,导致T₂信号变化。根据T₂信号的变化值量化样品中ctDNA的含量。研究结果表明,该方法的检测范围为0.5 nM～1000 nM,线性方程为y=298.38 x+121.3,R²=0.997,检测限为0.34 nM。该方法对全血样本中不同浓度ctDNA的回收率为99.2%～101.3%。本工作结合磁分离与Exo-III辅助循环切割技术使基于Mn²⁺浓度变化的磁弛豫传感器成为了一种较为灵敏的ctDNA检测方法,具有临床运用的潜在价值。