作为一种能够识别生物分子信息的器件或装置,电化学生物传感器能将感受到的信息输出转换成电信号用以实现对生物分析物快速、灵敏检测。凭借着响应快、便携、易操作等优点,现已开发出多种电化学生物传感策略并将其用于食品安全、药物监测、生物医疗等领域。需求导向以及科技改革对生物分析传感器的性能和准确度等提出了更高要求。然而,在实际样品分析检测中,通常存在目标分析物含量低、干扰物成分复杂等问题。为更好的应对挑战,本论文通过引入纳米材料联合酶循环放大技术,纳米材料自身具有良好的生物相容性以及大的比表面积等优点,因此借助纳米材料能更好地加快电极表面的电子转移速率,另外引入适配体可以提高生物识别的特异性,在此基础上运用免标记法简化操作步骤,降低实验成本以使检测技术更高效,有利于传感策略实现商业化开发。本论文具体的研究内容如下:1.基于核酸编程和酶级联循环放大的免标记灵敏检测脂质蛋白的电化学生物传感器中性粒细胞明胶酶相关的脂蛋白（NGAL）作为急性肾损伤（AKI）的生物标志物,在疾病的早期诊断和治疗上起到巨大的作用。然而,目前NGAL检测所用的目标识别分子大多为昂贵的肽或者抗体,因此NGAL的检测程序难以在临床中获得广泛应用。在本研究工作中,我们将核酸编程和酶级联循环扩增结合开发了一种免标记型适体传感用于NGAL的检测。目标NGAL与适配体特异性结合导致酶促序列释放,被释放的酶促序列与电极表面含G-四链体序列的发夹结合形成DNAzyme,在Mg2+作用下循环切割发夹,切割释放的游离DNA片段与含适配体的双链DNA结合产生核酸外切酶Ш（ExoШ）的催化活性位点,进一步启动ExoШ的循环切割,在K+和氯化血红素（hemin）存在下,传感电极产生大量的G-四链体/hemin复合物。在电极扫描时,电极与hemin之间存在直接的电子转移以产生显著增强电流信号,从而实现对NGAL的测定,该传感器的检测限为4.45 ng m L-1,可以检测25 ng m L-1至150 ng m L-1范围内的目标物。除此之外,该传感器可用于检测复杂样品中的NGAL,证明其在急性肾损伤（AKI）的检测中具有实际的应用前景,也为其他蛋白的检测提供了新思路。2.基于构建简便和高灵敏的电化学生物传感器检测酸性磷酸酶的活性酸性磷酸酶（ACP）是各种疾病的潜在生物标志物。基于DNA链延伸的生物信号放大和修饰在电极上的还原氧化石墨烯（r GO）构建电化学氧化还原循环策略,我们在这项工作中建立了一个高灵敏度、免标记和无电极固定化的电化学策略以检测稀释人血清样品中的ACP。连接在磁珠上的单链DNA（ss DNA）的3’-PO4末端被目标物ACP去磷酸化产生3’-OH,随后由末端脱氧核苷酸转移酶在一定比例的d GTP和d ATP条件下启动链延伸反应生成长的富鸟嘌呤（G）序列。富G序列在[Ru（bpy）3]2+介导下可以在电极上直接发生氧化还原电循环,连接有ss DNA的磁珠在磁性条件下积累在r GO修饰的电极表面,从而产生显著增强电流响应。因此,这种明显增强的电流结果显示该传感器可以在ACP浓度为5至100 U L-1范围内进行灵敏的电化学检测,检测限低至0.52 U L-1。该传感方法还对ACP的检测显示出高选择性,并证明了在稀释血清样品中也可用于监测ACP。由于这种检测方法具有简单和灵敏的显著优势,因此在开发便携式检测其他生物分子（如低水平的碱性磷酸酶）方面具有很大的潜力。3.生物条形码和DNA纳米胶囊用于循环肿瘤细胞的免标记和灵敏电化学检测监测外周血中的循环肿瘤细胞（CTCs）对于癌症的早期诊断和治疗非常重要。然而,由于CTCs在血液中的含量极低,因此检测CTCs仍是一大挑战。在此,我们通过将生物条形码扩增方法与序列响应和包裹酶的DNA纳米胶囊相结合,构建了一种高灵敏和高特异的电化学传感方法,实现对血液中CTCs的免标记检测。由适配体修饰的磁珠和生物条码DNA功能化的聚苯乙烯微球可以选择性地将目标CTCs从样品溶液中分离出来的。随后释放的生物条形码可以触发DNA纳米胶囊裂解使得大量的酶从中释放,进而使得传感器电极上的催化电流响应急剧增强,以免标记的方法检测CTCs,检测限低至8个细胞。此外,也可以通过在全血中添加目标CTCs对所开发的策略进行实际检测,这一策略有望应用于各种生物医学复杂样品中以监测不同种类的CTCs。