近年来,在生物、材料和信息科学的发展成果的推动下,生物传感器的技术得以飞速发展,并发展成为一门由多门学科交叉的新兴学科。其中,利用荧光信号作为检测手段的是荧光生物传感器,有着发射波长的移动、荧光的淬灭或者增强。同时,荧光生物传感器有许多独特的优点,例如:操作简便、选择性好、灵敏度高、分析速度快等特点,非常有效的推动了分析化学在生物、化学、食品、环境、医学、医药等领域中的应用。现在,荧光生物传感器技术已经发展成为一种必不可少的先进生物技术,也引起了众多研究者们的兴趣。核酸适配体是一类由人工体外合成并筛选出来的单链寡核苷酸,主要通过体外筛选技术——指数富集配体系统进化法(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)筛选获得的RNA或DNA片段。筛选出来的核酸适配体能特异性、高效地结合目标物分子,如金属离子、蛋白质、小分子等。同时,核酸适配体具有稳定性好、生物相容性好、合成容易、易于修饰等诸多的优点,使它在构建生物传感器中作为重要的素材得到广泛的应用。近几年在疾病诊断、环境监测、临床诊断等许多领域中备受关注。评价一个传感器,其性能好坏的主要参数是选择性和灵敏度。本研究论文基于核酸适配体和荧光生物传感器的优点即利用荧光生物传感器来检测溶液的荧光信号和借助核酸适配体的特异性结合,分别构建一系列新的基于核酸适配体的荧光生物传感技术实现了对重金属离子、蛋白质、miRNA的高灵敏和高选择性的检测。具体的研究内容如下:1.基于目标物循环放大及石墨烯纳米材料构建高灵敏的荧光检测汞离子由于有毒重金属离子对环境和人类健康的威胁,因此对有毒重金属离子的灵敏监测和选择性的方法的发展提出了强烈要求。利用新的核酸外切酶-III(Exo III)辅助目标物循环扩增策略和氧化石墨烯(GO)淬灭FAM-ssDNA探针,构建了高灵敏的荧光纳米传感器来检测Hg2+。目标物Hg2+结合,并通过T-Hg2+-T碱基对折叠吸附在GO上FAM-ssDNA形成双链结构,导致了FAM-ssDNA从GO的表面上释放出来和荧光信号的恢复。此外,释放出折叠的双链可被Exo III剪切并释放出结合的Hg2+,释放出结合的Hg2+可以与荧光猝灭FAM-ss DNA的纳米探针再次关联,并触发目标物循环过程对GO吸附上FAM-ssDNA的循环切割。因此,这种目标物的回收过程导致众多FAM标记的碱基释放回到溶液和获得用于高灵敏检测Hg2+(低至亚-纳摩尔级)的显著放大荧光信号。所开发的纳米传感器对非特定离子也具有高选择性,有望进一步拓展到检测其他的超低水平的有毒重金属离子。2.免标记、均相适体邻位结合荧光检测人血清中标志物蛋白质本实验采用适体接近结合测定的方法,利用无标记和均相的方法用荧光检测人血小板衍生生长因子-BB(PDGF-BB)。两个连接有G-4序列的适体链与PDGF-BB蛋白结合,导致适体的局部浓度的增加,所以促进了G-4分体结构的形成。荧光染料(N-methylmesoporphyrin IX,NMM)与G-4分体结构结合,产生了灵敏检测PDGF-BB的荧光信号。非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳证明了PDGF-BB与适体链结合。在最优条件下,PDGF-BB的检测限可达到3.2 nmol/L。该实验方法可用于检测稀释的人血清样品中的PDGF-BB。利用无标记和均相的优点,理论上说该方案可用相对简单的方式来检测其他生物标志物。3.基于杂交链催化组装的无酶灵敏检测癌症生物标志物mircoRNA鉴别和量化microRNAs(miRNAs)的特异性序列对不同疾病的早期诊断有重要作用。在本实验中,我们组合两个独立的信号放大的方法——杂交链反应(HCR)和催化发夹结构(CHA),无酶和双扩增的信号增强策略,高灵敏的检测人类前列腺癌的生物标志物miR-141。在miR-141存在时,触发两个发夹DNA自组装形成双链DNA的聚合物,通过共定位使得两条ssDNA的两段诱导序列靠近。随后,这些共定位的ssDNA序列进一步充当触发剂,触发两个荧光猝灭的发夹DNA的催化组装以形成众多的dsDNA链,导致荧光信号发射的恢复和miR-141的显著扩增的高灵敏度检测,检测线低至0.3 fmol/L以下。此外,这种方法也可选择性识别靶目标物miRNA与其他调控序列的。由于该方法具有高灵敏度、纳米材料、无酶检测的优点,此方法可用于构建痕量检测特异性核酸的靶目标物传感平台。