荧光生物传感技术是一类对生物小分子敏感,能够将不同浓度目标物与其相应的分子识别元件之间产生的物理或化学作用转换为不同强度的荧光信号,并根据荧光信号的变化强度实现对目标物的定性定量检测的分析工具。由于荧光生物传感技术可以直接检测均相溶液的响应信号,且具有信号响应快、实验操作简单及检测结果稳定等优点,被广泛应用于临床样本分析、药物浓度监测等。然而常规的荧光生物传感技术已经无法满足对微量、痕量小分子的灵敏分析的实际需求,因此能够将微量目标物产生的理化信息不断扩增的核酸放大策略,成为了构建高灵敏荧光生物传感技术的重要组成部分。本文基于有机染料小分子发光和半导体量子点发光结合滚环扩增、催化发夹自组装、DNA杂交链式反应等多种核酸放大策略构建了一系列荧光生物传感技术,并将其应用于重金属离子和微小RNA（miRNA）的灵敏检测。具体工作如下:1.基于滚环扩增诱导多位点循环催化发夹自组装信号放大策略用于Pb²⁺的灵敏检测滚环扩增（RCA）作为有酶辅助的核酸信号放大策略的代表,可以使DNA或RNA分子在短时间内实现指数性扩增;然而对于荧光生物传感器,其通常的发光染料分子存在着荧光聚集诱导淬灭的影响,从而降低检测的灵敏度。因此,本实验在滚环扩增的基础上,进一步引入催化发夹自组装（CHA）反应,使通过目标物循环输出的中间体引发的RCA产物作为触发后续循环CHA反应的引物。由于RCA的产物是可编码的重复片段,可以为后续的循环CHA反应提供多个结合位点,提高反应速率;同时,通过CHA反应使荧光信标分子均匀分散在溶液中,避免了信号物质聚集在RCA产物上而发生荧光聚集淬灭的现象,从而显著地提高了信号放大效率和检测的灵敏度。将该方法应用于Pb²⁺的检测结果表明,在Pb²⁺浓度为0.1至50 nmol/L的范围内具有良好的线性响应,且检测限为0.03 nmol/L。此外,该方法还可用于miRNA、蛋白质和其他生物分子的测定,为环境检测和临床诊断提供了新的途径。2.基于仿生界面构建的新型3D DNA纳米机器用于miRNA的检测3D DNA纳米机器具有优越的可控性及功能性成为近年来的研究热点,然而常规的3D DNA纳米机器通常是在其硬质界面（纳米金或硅球）通过共价作用固载反应底物,同时也阻碍了底物的反应活性。为了突破这些缺陷,本工作提出一种基于柔性磷脂双分子层构建的仿生性3D DNA纳米机器,以二氧化硅掺杂碲化镉量子点(（SiO₂@CdTe）作为荧光指示剂和球形磷脂双分子层的支撑载体。具有柔软和流动界面的磷脂双分子层不仅能够快速、有效地固载由胆固醇标记的DNA底物,而且还赋予了底物良好的移动性,大大提高了底物的行走效率,将反应时间缩短到半个小时。将所提出的仿生性3D DNA纳米机器应用于miRNA-141的荧光检测,结果表明其检测范围为1 pmol/L至2.5 nmol/L,检测限低至0.21 pmol/L。同时,该工作为构建高效的3D DNA纳米机器提供了一条新的途径,在生物标志物的灵敏分析和疾病的早期临床诊断方面显示出巨大的潜力。3.基于核酸放大诱导的DNA胶束的两亲性调控实现miRNA的免标记荧光检测通常的DNA纳米结构（DNA四面体、立方体等）由于DNA序列设计复杂、组装时间长、以及较难封装小分子等缺点,限制了其在分析检测中的应用。因此,本工作设计了序列简单、组装迅速、可调控的DNA嵌段共聚物用于组装DNA胶束,结合核酸放大策略构建了新型的免标记荧光生物传感器。在该体系中,两亲性的DNA嵌段共聚物在水溶液中可以形成具有疏水性内核的DNA胶束,封装脂溶性的荧光小分子;当加入目标物后,通过引发胶束亲水端DNA产生杂交链式反应,从而增加DNA胶束的亲水性,诱导胶束解体,并释放出脂溶性荧光染料,产生荧光信号的变化。实验证明,基于DNA胶束构建的新型荧光生物传感器对miRNA-21的检测范围为20 pmol/L至20 nmol/L,检测限为6.9 pmol/L。此外,这项工作为新型DNA纳米结构的构建提供了一个新的探索方向,为生物传感、药物传递等领域的研究提供了一种新的方法。