近年来,随着人类活动的增加,许多有害物质被排入水环境。其中,重金属离子（heavy metal ions,HMIs）被认为是最危险的污染物之一,其自身具有的不可降解性、生物积累性和高毒性对生态环境以及人类健康造成了严重的威胁。因此,实现水体中HMIs的快速灵敏分析具有重要意义。目前,HMIs的检测主要依靠传统的仪器分析技术,所用的分析仪器价格昂贵、检测成本高、样品预处理复杂,且不适于现场分析和连续在线检测。与此相比,生物传感技术因其操作简便、响应快速、成本低、抗干扰能力强等优势在污染物快速分析方面显示出极大的应用潜力。其中,DNA生物传感技术以DNA作为传感元件,具有较高的灵敏度、特异性和现场检测能力。基于此,本文构建了几种新型DNA生物传感器,可实现对环境HMIs进行快速、高灵敏分析的目的。主要研究内容如下:（1）构建了一种基于脱氧核酶（DNAzyme）的新型电化学DNA生物传感器,实现了水中Pb2+的超灵敏检测。在本研究中,将DNAzyme固定在磁珠上形成DNAzyme步行器参与目标物的识别并触发后续的链置换反应（strand displacement reaction,SDR）以提高生物传感器的灵敏度;同时将三嵌段聚腺嘌呤探针固定在电极表面,特异性捕获SDR的产物,并自组装形成大量双链,供电化学活性物质亚甲基蓝嵌入。最终,构建的电化学DNA生物传感器在无需添加天然酶、使用特殊器件以及合成无机材料的情况下成功实现了对实际样品中Pb2+的超灵敏检测,且该方法具有检测限低（limit of detection,LOD,0.039 p M）和检测范围宽（0.1 p M–500 n M）等优势。（2）上述工作中所用的聚腺嘌呤探针虽然具备多种优势,但作为单链DNA,其可控性和稳定性较低。为解决这一问题,本研究设计了一种聚腺嘌呤DNA四面体（ATDN）探针,以此构建了一种可再生电化学传感器,实现了对Pb2+的快速灵敏检测（LOD,0.035 n M）。在本研究中,由于兼备了聚腺嘌呤和四面体的优势,ATDN能够高效稳定地固定在电极表面,极大地提高了探针的杂交效率。且ATDN自身的静电斥力以及空间结构使其具备了调控探针空间位置的能力,从而实现电活性物质与电极表面距离的调控。此外,基底材料的使用保障了传感器的检测性能以及与其它策略的兼容性。该方法简单快捷,有较高的应用潜力。（3）上述工作均基于单目标物分析,而真实环境中往往是多种重金属共存,为此,本研究设计了一种新型的熵驱动“DNA纳米花”结构用于多目标同时分析。这种结构可富集大量荧光探针,从而提高反应效率,改善体系稳定性,且与SDR体系兼容后,仅需一步操作即可实现信号的放大与输出。以此构建的荧光生物传感器,实现了水中Pb2+、Cu2+和Hg2+的同时快速检测,其LOD分别为0.13n M、3.5 p M和4.6 p M。得益于DNA的可编程性及体系的灵活性,该方法可通过添加或替换探针实现对其它目标物的检测,具有极高的应用价值。