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DNA分子的独特性质使其成为天然的纳米材料,在构造功能结构和纳米器件方面扮演着越来越重要的角色。近年来,越来越多的研究人员利用DNA独特的、可编程的分子识别特性来构建自组装的DNA纳米结构,研究DNA分子机器。在本论文的研究中,我们构建了一类新颖的类似于机械波的DNA纳米机器,它们均由一条经过合理设计,并包含若干茎环结构的单链DNA所构成。这类DNA纳米机器能够作为信号转换元件,将不同的输入信号转换为不同的输出信号,在生化分析新方法研究及酶活调控研究等方面具有巨大的应用潜力。具体内容如下:1.机械波式的DNA纳米机器转换ssDNA输入信号的初步研究在论文本章工作中,我们设计了三种DNA纳米机器,它们分别包含一个、两个和三个茎环结构,在输入信号ssDNA的触发下,DNA纳米机器发生构象改变,其茎环结构就像机械波一样运动,从输入信号一侧向另一侧（比如输出信号一侧）重新排列。基于这种运动行为,我们形象地将这种茎环结构组成的DNA纳米机器称作“DNA波”,只包含一个茎环结构的DNA纳米机器称作“DNA单波”,含有两个茎环结构的称作“DNA双波”,含有三个茎环结构的称作“DNA三波”。通过上述的设计,我们实现了DNA单波、双波、三波对输入信号ssDNA高效、稳定的转换。进一步研究表明,DNA单波对于输入信号ssDNA的特异性识别能力较弱,而DNA双波和三波对输入信号都具有良好的特异性识别,因而可应用于生物分析中。2.DNA双波纳米机器转换不同输入信号的性能研究及应用在论文本章工作中,我们选取DNA双波作为模式化的DNA纳米机器,研究DNA纳米机器对于其他输入信号的识别和转换性能,输出信号方式仍然沿用荧光信号。首先我们对输入信号区域的序列进行不同设计和功能化,使得DNA双波能够分别特异性识别不同的输入信号（miRNA和离子）,并将这两种输入信号成功转换为荧光输出信号。本研究中,构建的识别let-7a的DNA纳米机器具有较低的检测限和良好的特异性,为肿瘤标志物的荧光检测提供了一种方法。识别Hg2+的DNA纳米机器具有很宽的检测范围和良好的特异性,可将其应用于诊断或者环境保护中对Hg2+的检测。3.DNA双波纳米机器将一种输入信号转换为不同输出信号的性能研究及应用在论文本章工作中,我们仍然选取DNA双波作为模式化的DNA纳米机器,研究DNA纳米机器能否将一种输入信号转换成不同形式的输出信号。我们对DNA双波的输出信号区域进行功能化,使得DNA双波能够将一种输入信号转换为不同的输出信号。我们设计了两种信号输出方式,一种是酶活的调控,另一种是金属纳米簇的可控合成。酶活调控是将能够识别凝血酶的适体序列整合到DNA双波的输出信号区域中,在一条与输出信号无关的ssDNA输入信号的触发下,DNA双波将ssDNA输入信号转换为调控凝血酶的活性。该研究证明了一个无关的生物信号在机械波式的DNA纳米机器的转换下,可以用于调控某一特异性酶活性,为构建一种非传统的DNA纳米机器提供了途径。金属纳米簇的可控合成则是将合成银纳米簇的DNA模板序列整合到DNA双波的输出信号区域。同样,在一条与输出信号无关的ssDNA输入信号的触发下,DNA双波将ssDNA输入信号转换为控制银纳米簇的合成的输出信号。该研究为以DNA为模板合成纳米材料在生物中的应用提供了新方法。