DNA纳米技术（DNA nanotechnology）主要是指利用脱氧核糖核酸的双螺旋结构和碱基配对作用,来形成纳米(10-9 m)尺度上的结构和器件[1]。由于其前所未有的可编程性和固有的生物相容性,DNA结构不仅可以与小分子、核酸、蛋白质、病毒和癌细胞相互作用,而且能够在生物传感[2]、癌症治疗、食品检测等众多领域中得到广泛的应用。本文基于两种三维DNA结构,框架核酸纳米结构和DNA水凝胶微结构构建了两种生物传感微系统,并分别将其应用于肿瘤早期诊断和食品安全检测领域。框架核酸结构作为最简单、最经典的刚性三维DNA纳米结构,可以很容易地实现不同化学和生物分子的功能化。同时,广泛应用于快速检测领域的微流控芯片技术由于其高度集成化、体积小方便携带等特点,为框架核酸结构提供了一个非常良好的搭载平台。基于此,本文构建了一种基于可控框架核酸结构的微流控生物传感系统。通过序列设计实现三种尺寸框架核酸结构的精确自组装,通过化学作用将框架核酸结构修饰在微流控生物界面的表面,成功的构建了高灵敏度和精确可控的微流控生物传感界面。并且以人类乳腺癌细胞系（MCF-7）为检测对象,对基于框架核酸的微流控生物传感系统的检测性能进行了探究。探究基于三种尺寸的框架核酸的微流控生物传感系统对于乳腺癌细胞系（MCF-7）检测效率的影响。实验结果表明,该系统不仅实现了MCF-7的特异性检测,而且当待测细胞浓度在10~5～10~1个/m L范围内具有良好的线性关系。并且随着框架核酸尺寸的增加,检测到的荧光信号强度增加,FNA26的检测效果最好,最低可检出10个/m L MCF-7细胞。此外,利用核酸内切酶能够成功将检测到的细胞进行释放,富集到微流控芯片的微腔结构内,其荧光富集信号随着检测细胞浓度成正相关,表明了其富集效果良好。将富集到的细胞进行体外微腔培养,通过细胞活性分析发现该系统不会对细胞造成机械损伤,并且能够很好的实现单细胞的隔离,为单细胞提供了一个良好的培养和操作平台。另一种由DNA序列间交联缠绕形成的DNA水凝胶微米结构,三维的网络结构赋予了其高负荷容量、优异的机械稳定性和包封性能,吸引各个国家的研究者们纷至沓来,使其得到了广泛的开发和应用。本文以通过操纵DNA水凝胶网络捕捉等离子体核壳纳米颗粒,研制了一种简单、高灵敏度、特异性的三维DNA水凝胶生物传感微系统。首先制备了Mbs@aptamer-primer复合物,适配体（aptamer）与靶物质识别从而竞争性释放出引物序列（primer）,游离的primer通过连接-循环滚环扩增技术（Ligation-rolling circle amplification,L-RCA）从而形成DNA水凝胶网络,在扩增过程中,内嵌有拉曼报告分子（p-nitrothtophenol,p NTP）的含间隙核壳等离子体纳米粒子（Gap-containing Au@Au core-shell nanoparticles,GCNPs）和磁珠（Magnetic beads,MBs）通过L-RCA形成的DNA水凝胶网络纠缠捕获。MBs赋予该传感系统磁响应性,GCNPs实现表面增强拉曼信号光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS）信号输出,因此便成功构建出具有响应性的三维DNA水凝胶生物传感维系统。并且通过宏观及微观的表征观察,证明了该系统展现出良好的包封性能和检测可行性。以典型的抗菌卡那霉素（KANA）为研究对象,在KANA存在的情况下,aptamer与primer互补形成的双链DNA结构被破坏,从而将primer释放,释放的primer用于构建两种环状挂锁探针（Circularized padlock probes,CPPs）,这两种挂锁探针的部分序列互补。DNA水凝胶网络就是通过两种环状挂锁探针RCA生成的长单链DNA相互缠绕和自组装而形成的,在此过程中GCNPs与MBs相互缠绕和结合。通过对DNA水凝胶的定量,成功实现了KANA的定量。这种新型的响应性DNA水凝胶传感系统实现了对KANA的简单和超灵敏的定量,其灵敏度可达2.3 f M,具有良好的选择特异性和灵敏性。该检测系统基于L-RCA的DNA水凝胶技术与SERS技术的创新融合,该方法在食品微量污染物现场检测和定量方面具有广阔的应用前景。总之,本成功构建了两种基于三维DNA结构的生物传感微系统,实现了快速、特异性检测,大大提高了检测灵敏性,具有很强的通用性,为食品安全检测、肿瘤早期诊断领域提供了新的思路和尝试。