疾病相关核酸的检测对疾病的诊断、治疗、指导临床用药具有十分重要的意义。近年来,各种靶分子识别、信号扩增策略被广泛研究,因而发展了多种多样的生物传感分析方法用于核酸检测。各种生物酶、金属纳米粒子、无机纳米材料的应用大大提高了检测的灵敏度。但是,这些方法通常需要严格的反应条件,或者复杂的操作步骤,重复性较差。发展疾病相关核酸的简单、快速、高灵敏检测方法具有重要意义。本研究利用核酸酶及DNA纳米技术,以电化学和表面等离子体共振(SPR)生物传感器为检测平台,对疾病相关核酸进行了分析检测,为临床疾病的诊断开辟了新的道路。研究内容分为以下两部分:1.基于核酸酶介导信号扩增的电化学传感器用于核酸检测本项目设计了一种多组分核酸酶(MNAzyme)介导的信号扩增策略。靶分子存在时可以将部分酶(DNAzyme)聚合到一起,形成MNAzyme,从而激活其生物活性,对特异性底物茎环进行剪切。切割后的底物与MNAzyme分离,游离的MNAzyme可以循环剪切底物。剪切后的茎环裂解为两条DNA单链,其中一条标记有生物素的单链DNA可被金电极表面的捕获探针特异性捕获。进一步引入链霉亲和素标记的碱性磷酸酶后,即可获得电化学信号。利用循环伏安法及阻抗法对电极表面的修饰过程进行表征,并利用SPR方法对各步结合反应进行表征。在最佳实验条件下,所构建的方法具有良好的分析性能。其线性范围为100 pM-0.25μM,最低检测限为79 pM,且能很好地区分单碱基错配序列。该策略有望应用于复杂基质中核酸的检测。2.基于动态和结构型DNA纳米机器的SPR生物传感器检测HIV相关基因人类免疫缺陷病毒(HIV)感染的早期发现、诊断和治疗是降低获得性免疫缺陷综合征(AIDS)死亡率的关键。在本研究中,基于熵驱动链置换反应(ESDRs)和双层DNA四面体(DDTs),发展了一种新型SPR生物传感策略,用于高灵敏度检测HIV相关基因。ESDRs作为无酶、无标记信号放大回路可被靶DNA特异性触发,从而导致靶DNA的循环利用和大量双链DNA(dsDNA)产物的形成。dsDNA产物结合到SPR芯片表面后可进一步结合DDTs纳米结构。由于ESDRs的高效率和DDTs大分子量的特性,SPR响应信号可以显著增强。所建立的SPR生物传感器可高灵敏、高特异性的检测靶DNA,线性范围为1pM-150 nM,检测限为48 fM。此外,整个检测过程不需要任何生物酶的参与和复杂的化学标记,可以在60 min内完成,具有高准确性和可重复性。尤其,所建立的SPR生物传感器可成功应用于分析复杂生物样品中的靶DNA,此传感策略对HIV感染的快速、早期临床诊断有很大的应用前景。综上,本研究为临床疾病相关核酸的检测提供了新的技术支持,为生物医学研究及分子诊断提供了新思路。