随着分析化学学科的不断发展,生命科学领域中蛋白质、核酸、生物小分子等相关信息越来越多地需要借助于生物传感技术来进行分析和检测获得。快速并且准确的获取某些生命分子的信息对生物医学以及临床诊断和治疗具有重要而积极的意义。随着医学诊断水平的不断提高以及科学研究的持续深入,对生命科学中检测方法的要求也相应的日益提高。开发可以更好的满足研究和各种实际应用需要的,并且具有高灵敏度、高特异性、低成本、简单快速的定性或定量的分析方法成为分析化学科研工作者的重要课题。本论文基于杂交链式反应（HCR）扩增技术,纳米孔阵列和新型玻璃纳米孔材料与光学、电化学检测技术和纳米尺寸的定位技术相结合,发展了一系列高灵敏度、高特异性的生物传感分析方法用于肿瘤标志物、核酸以及小分子检测,并进一步通过结合纳米生化检测仪平台实现单细胞水平上的活细胞分析。具体内容如下:一、基于杂交链式反应扩增的无标记纳米孔阵列传感器用于高灵敏检测Survivin m RNASurvivin是一种与癌症相关的基因,对于细胞调亡有抑制作用。在正常的分化组织中表达很低或几乎没有,而在癌细胞中表达量却很高,Survivin m RNA在细胞中的表达水平与很多包括癌症在内的疾病紧密相关,是科学研究和临床上一种重要的肿瘤标志物。在第2章中,我们构建了一种利用杂交链式反应HCR进行信号放大的无标记纳米孔传感器。目标物Survivin m RNA被纳米孔阵列内组装的捕获探针捕获后引发HCR反应,并在纳米孔阵列内和外表面形成大的DNA纳米结构。所形成的DNA产物由于对纳米孔产生堵塞效应而引起跨膜电流的有效下降。我们开发的方法在Survivin m RNA浓度为0.01 p M-10 p M时,呈现良好的线性关系,其检测下限可达10 f M以下,并且在实际样本的检测中具有良好应用效果。本章工作在基因相关疾病的早期诊断拥有一定的应用前景,并为无标记的核酸放大技术用于高灵敏的纳米孔传感器提供了一个新的策略。二、基于核酸适配体的玻璃纳米孔传感器用于单细胞内小分子物质分析多巴胺是一种众所周知的重要的儿茶酚胺神经递质,参与大脑运动和认知功能等方面,脑中多巴胺水平的异常与多种疾病相关,如精神分裂症、亨廷顿病和帕金森症等。由于多巴胺水平在大脑功能中起着重要的作用,我们选择将其作为研究目标物检测模型。在第3章中,我们构建了一种无标记的基于孔内表面电荷密度调节的玻璃纳米孔传感器,并结合可精确到纳米级的定位技术装置来实时监控活细胞内的小分子物质水平,主要通过使用30-50 nm孔径的玻璃纳米孔修饰来捕获细胞内的小分子物质进而引起离子整流电流（ICR）的变化来实现检测。我们选择了细胞内一种参与神经元信号传导重要的物质多巴胺（DA）作为研究目标,和经常作为体外模型来研究中枢多巴胺能神经元行为生理学的PC12细胞作为模型来验证我们的实验设计。我们证明了我们的传感器可以高灵敏和高选择性的实时监测细胞内多巴胺水平。我们认为这种基于离子整流电流的玻璃纳米孔传感器可以代表一种在单细胞水平上实时监测神经元行为的新策略,并且可以扩展应用到其它单细胞分析领域。三、基于核酸适配体的双孔玻璃纳米孔传感器用于研究细胞药物治疗及细胞外泌行为单细胞系统分析可以揭示隐藏在细胞整体反应下的异质性质。对于药物开发具有重要的意义,在第4章中,我们利用双孔玻璃纳米孔传感器实现了对单个PC12细胞在药物左旋多巴胺的治疗和外界低氧溶液刺激下的多巴胺响应测试,用于研究PC12细胞药物治疗和多巴胺分泌行为。左旋多巴胺的加入可以促进细胞内多巴胺的合成而使PC12细胞内多巴胺含量增加,引起传感器电流下降;而在外界低氧刺激时,会促使PC12细胞产生多巴胺的分泌,引起细胞外多巴胺浓度的增加,从而使传感器电流下降。因此,我们这一传感器提供了一种全新的方法用于细胞药物治疗和应激响应。并且在生物分析、疾病诊断和药物筛选等方面有较大的应用潜能。四、基于核酸适配体的双孔玻璃纳米孔传感器用于研究细胞活性氧分泌为了进一步扩展我们单细胞检测平台的应用范围,在第5章中,我们利用双孔玻璃纳米孔构建了过氧化氢传感器,用于检测单个MCF-7细胞过氧化氢的分泌。该检测方法主要是利用G-四链体DNAzyme具有过氧化物酶活性的特点,能够有效催化过氧化氢介导的ABTS的氧化反应,生成的ABTS·-自由基与DNA链特异性结合,从而使整个玻璃纳米孔内负电荷密度增加,进而引起离子整流电流的变化。与我们自制的芯片细胞培养装置结合,可实现对单个细胞过氧化氢分泌的实时监测,对我们的传感器实现了进一步的应用扩展。