纳米技术的发展，推动了多个学科及领域的突破，特别是在材料，生物，医学，化学，电子学，光学等学科。纳米技术促进了多个学科进行交叉，融合，从而为解决问题提供了新方法和机遇。基于此，本论文开展了对纳米材料的研究及应用。这些材料包括零维的纳米金，一维的碳纳米管，二维的氧化石墨烯，三维的DNA纳米结构。论文涉及了生物分子与无机纳米材料的相互作用研究，功能化纳米传感器的构建，DNA纳米结构的设计及应用。主要研究结果如下：（1）报道了一种新颖的纳米金组装方法，即通过poly A嵌段DNA将DNA探针组装到纳米金表面。通过比较，我们发现较之前的传统巯基组装策略，poly A双嵌段Au NPs-DNA具有一些独特的优势。第一，降低了探针合成成本；第二，poly A实现了对纳米金表面的饱和覆盖，从而抑制非特异性DNA吸附；第三，提高了杂交动力学速率。（2）本部分工作系统考察了不同DNA结构，包括单标记ssDNA及部分杂交的dsDNA，多标记的RCA产物切割链，HCR长产物链和三维3-helix DNA结构，与GO的作用机制。借助于GO对荧光分子的超淬灭作用，表征了其标记的DNA链与GO的作用状态。从不同位置标记的ssDNA与GO作用时，荧光值随不同靶标DNA的加入而发生变化。我们证明ssDNA在GO表面的吸附状态：ssDNA的每个碱基都吸附在GO表面。从RCA介导的多标记荧光探针与GO作用时，荧光值随不同DNA靶标而发生变化，从而肯定了上述的结论。接着，从HCR长产物链和短产物链与GO的相互作用，我们认为DNA结构与GO的作用是一个动态的平衡吸附过程，当ssDNA在结构中比例增加，其结构与GO的作用力也会增加，表现为荧光值下降。最后，从三维DNA结构3-helix与GO的作用研究，发现三维DNA结构与GO的作用力比较弱，与之前的研究结果一致。（3）该部分工作，首先讨论了GO与CEPs之间的作用机制，还探讨了GO对CPE1的超淬灭能力。在此基础上，我们提出了GO对CEPs/Fluo-Probe检测体系优化的可能性。通过实验，我们也如愿提高了CEPs/Fluo-Probe检测体系的信噪比。于此同时，CEPs/Fluo-Probe检测体系的检测限被提高了50pM。（4）该部分工作主要研究了三种纳米材料，包括零维的纳米金，一维的碳纳米管，二维的氧化石墨烯，及其与DNA的相互作用，从而为理解它们的特征和设计传感策略提供帮助。荧光淬灭实验证明三种纳米材料（GO，SWNTs，AuNPs）对FAM-ssDNA都具有高的淬灭效率。同时基于淬灭作用，达到较高的单双链分辨率。通过比较发现GO单双链分辨能力最强。因此，基于GO的传感器展现了最好的检测限（0.2nM）和最好的重复性。于此类比，SWNTs组和AuNPs组的检测限分别为1nM和2nM。另外GO和SWNTs的传感器还表现出优良的SNP分析能力。更重要的是，我们通过研究NMs和NaCl浓度对作用力影响，分析了相关作用机制。（5）本部分工作首先实现了3-helix和6-helix DNA结构的高产率合成，并表征及确定其大小和完整性。同时，我们研究了6-helix DNA结构的稳定性及抗降解能力。数据表明6-helix结构具有优异的稳定性。通过对结构上锁链的优化，我们实现了6-helix结构高打开效率及较快的打开速率。在此基础上，我们成功实现了细胞内6-helix结构的可控开关。另外，我们尝试载带CpG药物分子。但实验数据表明3-helix结构和6-helix结构本身就具有较强的免疫刺激活性，掩盖了CpG分子的刺激活性，其作用机制还待研究。