随着人类社会生活水平的提高,重金属体内富集、重大疾病等成为威胁人类生命健康的重要因素。预防重金属离子中毒,实现重大疾病的早期诊断和预后治疗成为一项跨时代的重大挑战。本工作将金纳米颗粒与表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)相结合,构建了高灵敏、高特异性的新型纳米金生物传感探针,实现了对体内外重金属离子以及肿瘤标志物microRNA(miRNA)的检测,并进一步对肿瘤细胞中的miRNA进行荧光和拉曼的捕获成像。构建了双输入单输出的逻辑门平台,实现沉默基因的输出和治疗。本论文包括下面三个部分:(1)结合微流控技术与表面增强拉曼技术,我们设计了一种基于DNA酶的SERS纳米金生物传感探针用于定量检测样品中的铅、铜离子,构建了新型SERS-微流控平台实现了对重金属离子的痕量检测。该方法采用微流控的微通道和微电极作为体系的反应容器,减少了试剂用量,缩短了反应时间。生物条码探针导致的高背景信号可通过磁珠(MBs)作为载体进行磁分离去除,从而实现了双重金属离子的高灵敏检测。该方法操作简单、快速,灵敏度高且具有良好的选择性,在重金属离子检测领域具有广阔的应用前景。(2)设计了一种基于信号绝对值耦合的荧光-拉曼双光谱信号放大策略和检测方法。方案中我们构建了一个三螺旋结构的双信标闪烁探针(DSTP),荧光与SERS相结合,实现了探针的原位示踪和活细胞内miRNA的双光谱实时成像;并且利用SERS信号绝对值耦合的方法对均相溶液和细胞内miRNA进行定量检测,降低了背景干扰,提高了灵敏度。该策略为活体和活细胞中低水平生物标志物的高灵敏检测和成像分析提供了一个简单有效的传感平台。(3)利用DNA结构互变性质,我们设计了靶引发的摆动式DNA纳米探针,构建了由两种miRNAs作为输入的细胞成像逻辑门,可携带沉默基因进入细胞实现癌症的沉默治疗。该方法制备了一个基于摆动式DNA纳米机器的纳米复合物探针,将其孵育进细胞,目标miRNAs启动DNA纳米机器,进而促发一系列链置换反应,实现基因的沉默治疗。本工作将细胞内miRNA作为输入信号,实现了细胞成像逻辑门的输出和细胞内沉默基因运送,构建了多功能化的DNA逻辑门传感平台,为疾病早期诊断和预后治疗提供了新方法和新技术。