由于核酸具有优越的物理化学特性,因此以核酸为基本单元的研究得到了蓬勃的发展。其不但在疾病预防、诊断、治疗上有着重要作用,而且随着研究的发展,核酸在环境监测、食品检测等方面也表现出优越的性能,因此,发展快速、灵敏、便捷的生物传感器备受关注。本论文研究工作,是以DNA为核心,利用荧光和拉曼等检测手段,设计了分析检测烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)、链霉亲和素(SA)和铅离子的生物传感器。主要的研究内容包括以下几个部分:第一章,绪论。介绍了以核酸为基本单元构建的生物传感器在分析上的应用研究,重点介绍在荧光、拉曼领域的研究进展,以及DNA生物传感器常用到的各种信号放大,阐明了本论文的选题依据和研究内容。第二章,设计了一种免标记的DNA探针用于荧光检测烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)。根据核酸外切酶Ⅰ(Exo Ⅰ)、核酸外切酶Ⅲ(Exo Ⅲ)和SYBR GreenⅠ(SGⅠ)的特性以及E.coliDNA连接酶需要NAD+作为辅酶的特点,设计了一种免标记的DNA探针用于检测NAD+。探针为部分碱基互补形成类似于哑铃型的单链序列,其5’端修饰磷酸基团,在碱基互补配对后3’端和5’端位置相邻。在没有NAD+的情况下,DNA探针从内嵌的3’端方向被Exo Ⅲ和Exo Ⅰ剪切为单核苷酸。SGⅠ与单核苷酸的作用很弱,所以得到非常弱的背景信号。在有NAD+存在时,E.coli DNA连接酶在NAD+存在时发挥连接酶的作用,DNA链成闭合状态,能抵抗Exo Ⅲ和Exo Ⅰ的剪切,当SGⅠ嵌入DNA探针的双链中时,产生较强的荧光信号。利用Exo Ⅲ 和Exo Ⅰ的剪切特性可以使背景信号得到极大减弱,信噪比大大提高,检测的灵敏度也因此得到增强。在其他条件保持不变的情况下,荧光信号增强的程度与NAD+浓度相关,从而可以建立荧光强度与NAD+浓度的关系,实现NAD+的定量检测。本方法设计的传感器对NAD+的检测具有较广的线性响应范围,线性区间为0.5-1500nM;灵敏度高,检出限低至0.1nM;选择性好,能显著地区分NAD+及其类似物;抗干扰能力强,在复杂基底中具有较好的表现行为,能应用于检测人体细胞中的NAD+含量。第三章,发展了一种基于DNA终端保护作用的方法对蛋白进行荧光检测。设计了一条3’端修饰生物素的探针,该探针序列能自身部分互补配对形成两个茎环,结合ExoⅠ和ExoⅢ的专一性、高效性和SGⅠ的特异性实现对链霉亲和素(SA)的灵敏检测。在有SA存在的情况下,DNA探针上修饰的生物素能和SA反应结合在一起,SA较大的位阻效应可以抵抗Exo Ⅲ酶对DNA的剪切作用,使探针保持其原本完整的结构,实现荧光的明显增强。在没有SA的情况下,探针在Exo Ⅰ和Exo Ⅲ的合作下被剪切为单核苷酸,得到微弱的背景信号。实验的荧光强度和SA的浓度呈正相关关系,可以据此建立关系实现SA的定量检测。实验结果得出:对SA检测的线性范围是0-200 nM,检出限可达0.4nM;方法的重现性好,每个样品平行测定3组,平均相对偏差为4.48%;选择性好,能特异性识别SA,对凝血酶、牛血清蛋白以及叶酸受体蛋白无响应;抗干扰能力强,在复杂基底中进行加标回收实验,其回收率在96%-118%,满足一般实验的要求。这些优点使得该方法在实际应用中具有巨大的潜力,有望应用于环境和生物医药领域。第四章,发展了一种基于DNA信号放大策略对水体中铅离子进行快速表面增强拉曼光谱法(SERS)检测的方法。该方法设计了一条类似发夹结构的DNA探针,该探针由功能性DNA序列GR-5和其底物链连接构成,GR-5在有Pb2+存在的情况下,能对其底物链的特定位点进行催化剪切。剪切后释放的底物链被修饰在磁珠上的biotin-DNA捕获,与之后加入的DNA序列p1、p2发生类似于杂交链式反应的级联反应,使磁珠上的DNA链被延长。p1、p2 DNA序列能连接修饰了对氨基苯硫酚的金纳米颗粒。通过磁珠的磁性分离和洗涤过程把溶液中干扰物质除去,再对磁珠上的物质进行拉曼测定,可以得到较强的拉曼信号。在没有Pb2+存在的条件下,发夹结构的DNA探针保持其完整的结构,磁珠上的biotin-DNA无法捕获底物链,则不会发生后续反应,通过分离和洗涤,得到较弱的背景信号。Pb2+的浓度与拉曼特征峰的强度相关,可以实现Pb2+的定量检测。本方法的线性区间为10pM-100nM,灵敏度较高,检测限可达4pM,并且能较好地区分目标离子Pb2+和其他正价金属离子,具有较好的选择性。本方法采用便携式拉曼光谱仪进行检测,具有快速、便捷的检测特点,有望用于环境水体的原位检测。