DNA步行器是一类特殊的DNA分子机器,具有独特的机械运动、行走的高方向性和信号扩增能力而引起了研究人员越来越多的关注。传统的DNA步行器是一类行走链能够在一维(1-D)线性轨道或二维(2-D)平面轨道完成步进的纳米机器。由于一维或二维行走空间的有限性和纳米结构中底物DNA的低通量,随后报道的三维(3-D)DNA步行器克服了上述缺点。三维DNA步行器由于微米或纳米颗粒较大的DNA负载量,可以走更多的步数,其运行通常是基于固定在轨道链功能化粒子上的步行链或沿粒子表面的自由步行链的运动。这类三维DNA步行器可能面临着步行面积有限或易脱轨的缺陷,削弱了信号积累,进而影响其在信号放大方面的生物传感应用。基于此,设计了颗粒间相对运动的DNA walker,并进一步实现了其在检测方面的应用。本文共分为二章:第一章为绪论,主要从DNA分子到DNA分子机器再到DNA步行器进行了概述,重点介绍了三维DNA步行器的研究现状包括其特点、分类及应用进展,并介绍了本文主要解决的科学问题和研究内容。第二章重点介绍了实验工作中所设计的一种颗粒间相对运动的DNA步行器,并进一步实现了寨卡病毒特异性RNA片段的灵敏检测。该DNA步行器包括行走颗粒(WPs)和轨道颗粒(TPs)。在可以解封行走链的特定目标物的刺激下,WP上释放的行走链和轨道链协同杂交。通过DNAzyme诱导核糖核苷酸水解作用,行走链切割轨道链并释放出荧光团而增强了荧光。WP上释放的自由行走链与TP的轨道链结合,进而触发WP与周围TP之间的相对运动。通过WP与周围TP之间的持续相互作用,大量的荧光团被释放到溶液中并获得增强的累积信号。DNA步行器对目标物分析显示出较高的灵敏度和特异性,并能可靠地检测复杂基质中的目标物,回收率高。所构建的DNA步行器提供了一种新型的粒子间自由、稳健的运行模式,在实际样品检测显示出潜在的应用价值。