生物传感器是以生物识别单位作为主要功能性元件来感受到特定目标物质,并通过特定的转换器将这种感知转换成可识别信号的装置或器件。研发能够灵敏检测疾病标志物和环境污染物的生物传感技术是当前分析化学领域中的两个研究热点。纳米技术与功能核酸的出现为该领域开辟了新的机遇。本论文利用纳米金与功能核酸的特性,构建了一系列生物传感器用于肿瘤标志物、单碱基错配、及重金属离子的检测。主要内容如下:　　 (1)构建了一种新型酶联纳米金复合探针,并发展了基于该纳米金复合探针的免疫技术用于蛋白质检测。将生物素标记的抗体组装在纳米金表面,辣根过氧化酶(horseradish peroxidase,HRP)再通过链霉亲和素一生物素的特异识别结合到纳米金上从而构建成酶联纳米金复合探针。采用这种策略,一个纳米金复合探针携带约12个HRP分子。结合磁珠技术,将这种纳米金复合探针用于癌胚抗原(carcinoembryonicantigen,CEA)的检测。在靶标CEA存在时,通过抗原一抗体的特异识别,磁珠、CEA、纳米金复合探针形成“三明治”免疫复合物,HRP用于催化底物显色产生光学信号。基于这种纳米金复合探针的免疫方法显示良好的特异性和高的灵敏度,检测限达48 pg mL-1,与传统酶联免疫方法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)相比,灵敏度提高了30倍。　　 (2)为了进一步提高检测灵敏度,构建了一种新型多功能纳米金复合探针,并发展基于该纳米金复合探针的免疫方法。抗体、单链DNA、HRP共组装到纳米金表面构建多功能纳米金复合探针。其中,抗体用于免疫反应,单链DNA作为纳米金与HRP之间的桥梁,HRP作为信号分子。经单链DNA的桥接作用,一个多功能纳米金复合探针携带约30个HRP分子。通过“三明治”免疫反应,每个免疫复合物所对应的HRP分子数得以增加,信号强度得以放大,能够检测低至12 pg mL-1的CEA,同时保持良好的特异性。　　 (3)发展了一种比色传感器检测单碱基错配。这个检测方法是基于一磷酸核苷(nucleoside monophospates,dNMPs)稳定纳米金的能力比单链DNA或双链DNA强的性质,并结合了结构特异性核酸酶对错配的区分能力以及纳米金优越的光学特性。以S1核酸酶为例,这个比色传感器能检测出含16个碱基的靶标中任何位置以及任何类型的碱基错配,且不需要严格的温度控制。结合单链DNA纯化技术,这个传感器可以检测出临床实际样品中的单碱基错配。　　 (4)开发了一种基于芯片的汞离子检测传感器。该方法基于一种新的分子间配位及替代机理。利用Hg2+可特异性地与DNA的两个胸腺嘧啶碱基(T)共价结合,介导T-T配对形成稳定的T-Hg2+-T结构的性质,设计了一条全T的DNA链,这条DNA链通过末端氨基共价修饰在玻片上,荧光标记的全腺嘌呤(A)链杂交上去构成传感器。在初始状态,传感器显示强荧光。汞离子存在时,汞离子引发芯片上两个临近的全T链的协同结合,使得全A链从芯片表面释放,导致荧光信号减弱。这个传感器对汞离子显示出好的选择性和高的灵敏度,检测限达3.9 nM。　　 (5)发展了一种基于脱氧核酶芯片的铅离子检测传感器。将Pb2+特异催化的脱氧核酶8-17 DNAzyme的酶链通过末端修饰的氨基共价结合在玻片上,荧光标记的底物链杂交上去构成传感器。在初始状态,传感器显示强荧光。利在Pb2+存在的情况下,酶链断裂底物链,导致荧光信号减弱。这个传感器对pb2+显示出好的选择性和高的灵敏度,检测限达1 nM。