在食品安全和疾病的早期诊断等领域对复杂样本中痕量分析物的检测都存在迫切的需求,例如环境中残存痕量抗生素会通过食物链在人体内富集,危害健康;针对血液中痕量循环肿瘤DNA的检测能够反映肿瘤的当前信息,帮助实现肿瘤的诊断与治疗。因此开发超灵敏、高选择性的检测平台具有重要的应用价值。本论文通过对多种DNA探针序列的设计、模拟、官能团修饰进行优化,结合了核酸的酶循环信号放大技术以及表面增强拉曼(SERS)技术,尝试了在复杂样本中对痕量的目标分析物的高灵敏、高特异性检测。本论文的研究工作具体包含两个部分,分别为牛奶中抗生素(氯霉素)的检测;血液样本中循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA;ct DNA)的检测。抗生素在畜牧业中的过度使用、以及在奶制品中的残留的问题给食品安全带来了长期的隐患,因此发展对奶制品中痕量抗生素的高灵敏检测方法具有十分重要的意义。在第一部分中,通过引入对氯霉素高特异性的识别并能相应改变构象的核酸适配体,从而释放出与适配体互补配对的目标DNA,将本来是对小分子化合物的识别作用巧妙转化为DNA纳米结构的改变。探针DNA的茎环结构能被目标DNA识别并打开,形成能被核酸外切酶识别的3’平端。经过核酸外切酶的循环放大后,产生大量的残余DNA,被基底上的捕获DNA捕获后,能够用SERS技术来进行检测,实现了对牛奶中氯霉素的高灵敏检测。检测信号与氯霉素浓度呈现良好的线性关系,检测极限达150 fM。选取其它四种抗生素作为负对照实验组,验证了只有目标分析物(氯霉素)能够产生可检测的SERS信号,表明该方法具有很高的选择性。循环肿瘤DNA是一种近年来受到重视的肿瘤标记物,但其血液中的含量极少,检测难度较大。因此在第二个部分中,结合核酸外切酶对单碱基突变DNA高特异选择性和SERS的放大技术,检测脑胶质瘤的一段H3.3K27M突变型的ct DNA。设计的DNA序列经过NUPACK软件模拟计算和预实验的验证,可以高效识别和检测痕量目标DNA。当S/N=3时,计算得到的检测极限为1 fM。当目标DNA与单碱基突变DNA以TM/TN=1:1000混合时,仍然具有很好的拉曼信号。该方法能够在模拟血液样本中检测极限达到fM水平。总之,本论文中的工作集中于对DNA序列的选择、设计和修饰,结合酶循环放大和SERS技术,构建了一个超灵敏、高选择性的分析检测平台,实现了对复杂样本中目标分析物质的检测。通过DNA序列的设计,该平台能够应用于其它重要痕量物质的检测,应用于食品安全、环境监测和医学研究等领域。