端粒酶是一种核糖核蛋白酶复合体,其催化核心包括端粒酶逆转录酶（TERT）和端粒酶RNA（TER）,能够催化端粒酶重复序列（TAAGGG）n添加到端粒末端。端粒酶的RNA和蛋白质组分中的不同结构可调节端粒酶的持续合成能力,而端粒酶持续合成能力在维持端粒稳态和端粒长度中起关键作用。端粒酶的功能是细胞增殖和分化的基础,并与癌症、遗传病等许多疾病直接相关。因此,端粒酶的准确和灵敏检测对于疾病早期诊断和药物治疗效果评估具有重要价值。DNA纳米结构因其可编辑性和生物相容性而在分析检测中引起研究者的浓厚兴趣。其中,DNA四面体纳米材料可通过简单的自组装法合成,具有较强的稳定性、较低的细胞毒性、结构位点易于修饰、纳米尺寸易于被细胞内吞等优点。近年来,DNA四面体作为载体,已广泛用于生物医学领域,以进行原位成像,生物传感和基因治疗。基于以上分析,本文构建了动态响应型DNA四面体探针,实现了对端粒酶的灵敏、准确检测并将其用于细胞成像。本文共分为三章:第一章为绪论,主要概述了端粒及端粒酶反应机理、端粒酶研究意义以及目前国内外报道的端粒酶传统和新型检测方法,并介绍了本文主要解决的科学问题和研究内容。第二章构建了顺次点亮型DNA四面体探针（SLMN）,用于分析活细胞中的端粒酶活性。SLMN由DNA四面体,一条长链DNA（LD）和三种类型的MB（分别称为MB1,MB2和MB3）组成。MB分别用不同发射波长的荧光基团FAM、Cy5、HEX标记。LD链包含端粒酶底物（TS）结构域,在端粒酶的作用下,TS延伸添加端粒重复序列。由于产物长度的限制和序列的互补性,当添加重复单元时,它只能与最近的分子信标杂交。延长的端粒重复序列与固定的分子信标顺序杂交,并伴有顺序点亮的荧光。通过解析信号可以揭示特定长度产物的贡献,而不是获得对整个产物的混合信号。这个设计不仅可以检测细胞内端粒酶活性,还可以实现对端粒酶在底物上作用的实时监测以及产物长度分布的原位表征。第三章构建了一个组件分离对接型DNA四面体探针（DTDA）,以精确地在肿瘤细胞中成像检测端粒酶活性。DTDA在其两个顶点上带有一对双分子DNA三链体,并在酸性条件下通过Watson-Crick和Hoogsteen相互作用得以稳定。DTDA在肿瘤细胞的细胞外酸性pH中保持结构完整性,但在非癌细胞的细胞外碱性pH中,三链体释放出含有同嘧啶及端粒酶底物的单链DNA（HTS）。一旦内化到肿瘤细胞中,由于细胞内相对较高的pH值,HTS就会从DTDA解离到细胞质。然后,它被细胞内端粒酶催化延伸,并通过立足点介导的链置换与其他两个顶点对接,分离后返回DTDA,并伴有荧光增强。对于非癌细胞,HTS不会进入细胞,不会导致随后的细胞内对接事件。DTDA可以精确区分肿瘤细胞和表达端粒酶的非癌细胞。该策略可以为研究靶细胞中的生物标志物提供新的范例。