在过去30年里，由于DNA分子结构的可预见性及在DNA分子间及DNA分子内碱基之间的可设计性，使DNA能形成新颖的分子纳米结构。一系列原理简便的检测方法及可靠的自组装方法的快速发展，大大扩展了DNA纳米结构的应用空间。为了创建能准确的控制空间构型的DNA纳米结构并进行应用，需要现代科研工作者在许多方面去探索新颖的方法，例如自组装，结构生物学，生物催化，DNA计算，纳米机器，疾病诊断和药物释放等等。从这些角度来讨论DNA纳米结构目前面临的机遇和挑战，可为基于DNA纳米结构的设计和应用提出更有价值的研究方案。　　基于DNA纳米结构的潜在应用，本文开展了以下两方面的工作，一是对环境及食品中的汞离子进行高灵敏的检测；二是对癌症的靶标物端粒酶进行原位检测，具体内容如下：　　1.基于便携式血糖仪的富含T碱基DNA机器用于汞离子的高灵敏检测　　即使在很低的浓度汞离子(Hg2+)也会对人类的身体健康和生存环境产生很大的威胁，因此提出一个既灵敏又简单的检测方法具有重要的意义。此工作中对汞离子的最低检测限可达到飞摩尔级。由于T碱基与汞离子之间的特异性质子交换形成共价键，富含T碱基的脱氧核糖核苷酸机器，可使DNA链形成发卡结构，继而生成大量的DNA目标产物，产生DNA产物的一步信号放大效应。产物DNA通过DNA杂交与连接生物素的DNA和连接转化酶的DNA形成三明治结构，其中转化酶可将蔗糖转化为葡萄糖。因此，血糖仪检测的输出信号与生成的DNA产物的量具有相关性，从而间接地对汞离子进行一个定量检测。实验结果表明借助该方法在没有应用复杂设备的情况下，汞离子的检测限最低可达10-17 mol/L，其检测范围为10-6~10-17 mol/L。更重要的是，该高灵敏高选择性的新颖检测方法可用于鱼样和实际水样中的汞离子检测。由于血糖仪操作简单及便携的特点，使得该方法可以在家中进行生物样及实际水样的检测。　　2.基于富含G碱基的DNA增强AgNCs的荧光强度对癌细胞内端粒酶进行高灵敏检测　　近年来端粒酶在人类癌症和衰老方面一直扮演着重要的角色,所以对端粒酶活性进行检测备受关注。然而，运用合理的原位成像方式来检测端粒酶活性对于现在的检测方法来说始终是个挑战。大多数端粒酶活性检测的原位成像方法都是运用有机染料进行的，对细胞的毒性较大。该体系中我们提出了一个新颖的方法，运用DNA结构中的G碱基可以增加银簇的荧光强度来原位检测端粒酶的活性，银簇良好的生物相容性在原位检测方面得到了很好的发挥。在有端粒酶存在的情况下端粒酶的引物链(Ts)可以生成TTAGGG的重复序列，并形成一个发卡结构，这样生成的G碱基可以增加连接在端粒酶引物链上的银簇的荧光，从而实现端粒酶活性的原位检测。在此方法中，Ts引物链被端粒酶成功延伸，端粒酶的活性大小是银簇发光强弱即其信号输出的关键。然后，通过与细胞的一步孵育可以成功检测出Hela细胞与其他类型癌细胞以及正常细胞细胞间的端粒酶活性大小的差异，并且实现对细胞内端粒酶活性的定量检测。更重要的是，可通过此方法来更为直观的验证一些端粒酶活性抑制药物的药物疗效。因此，这种能改变荧光强度的端粒酶活性检测方法，对于进一步了解和掌握癌症与端粒酶之间的关系有深远的意义，而且这也有助于开发新的端粒酶活性抑制剂，这一方法的提出也扩展了具有良好生物相容性的荧光基团在细胞内原位成像检测细胞内功能性分子的应用。