DNA是由脱氧核苷酸组成的一种生物大分子,它通过氢键、范德华力、疏水作用以及静电等非共价相互作用和不同目标分子形成不同的高级结构。同时DNA也是一种性能卓越的生物材料,在构建生物传感器中有许多独特的优势,如结构简单和设计结果可预测、易于化学修饰和合成等。DNA分子机器作为一种新兴的纳米技术能够响应外部信号刺激而产生类似于机器的运动并且实现信号的放大,已被广泛应用于生物传感器的设计中。癌症是医学中常见的致死疾病之一,早期检测是癌症诊断的重要手段。研究表明,microRNA与癌症的发生关系密切,因此可以作为癌症的早期诊断标志。构建一种高灵敏度、低检出限的microRNA的检测方法,在临床诊断中有着重要的现实意义。基于此,本论文利用DNA分子机器构建了几种不同的生物传感器并将其用于microRNA-21的检测,主要包括以下几方面:1.无标记电化学核酸生物传感器本工作通过设计具有类过氧化物酶催化性能的G-四聚体/hemin结构构建了一种无标记检测microRNA-21的电化学生物传感器。首先,通过含有聚鸟嘌呤片段的检测序列G-DNA和与其部分配对的开关序列P-DNA经95℃煺火缓慢降温后形成部分互补的双链结构,由于空间位阻,检测序列G-DNA无法折叠成为四聚体结构。含DNA酶（DNAzyme）序列的启动序列自身形成发卡结构后失去催化活性。上述序列混合后经金-硫键自组装到金电极表面。当溶液中存在microRNA-21时,microRNA-21与启动序列部分配对使DNAzyme释放出来,与Pb2+结合后恢复酶的活性,切断开关序列P-DNA而使检测序列G-DNA不再具有空间位阻而可以折叠成稳定的四聚体结构,与hemin和钾离子结合后具有类过氧化物酶活性,催化H2O2还原,产生电化学信号。该生物传感器的灵敏度高、特异性好。在本工作中,一个microRNA-21分子可以激活一个启动序列DNA酶,切断多个开关序列P-DNA后,使多个G-DNA可以折叠成四聚体结构,实现了第一级的信号放大,G-DNA与hemin和钾离子结合后具有类似于过氧化物酶的催化活性为第二级的信号放大,实现了microRNA-21的超灵敏检测,检出限0.06fmol/L,对于microRNA-21的分析检测有重要意义。2.基于金纳米颗粒的紫外-可见光谱核酸生物传感器本工作以前一部分工作构建的DNA分子机器为基础,以DNA功能化的金纳米颗粒为载体,构建了一种用于检测microRNA-21的生物传感器。当microRNA-21存在时,分子机器被激活,金纳米颗粒表面形成具有类过氧化物酶催化活性的G-四聚体/hemin结构,催化TMB显色,产生紫外-可见吸收。该方法在均相溶液中利用紫外-可见吸收光谱对microRNA-21进行检测,操作简单,稳定性好,同时对检测microRNA-21有较高的特异性,检出限15 fmol/L,可以做到可视化检测。在临床诊断中有很大的应用前景。3.基于链反应放大信号的荧光共振能量转移型核酸生物传感器本工作以链式反应为基础构建了检测microRNA-21的生物传感器。我们设计了两条含有DNAzyme序列的不同的DNA链（DNA1和DNA2）,DNA1序列中含有的DNAzyme可以切割DNA2,DNA2序列中含有的DNAzyme酶可以切割DNA1,两条序列均可形成稳定的发卡结构而屏蔽DNAzyme活性,同时这两条DNA链两端均分别修饰有荧光基团Cy5和淬灭基团Dabcyl,形成发卡状结构后,DNA两端的Cy5和Dabcyl靠近,荧光淬灭。当microRNA-21存在时,两条序列发卡结构打开,释放出DNAzyme,结合金属离子,恢复酶活性,相互切割,引发级联酶切反应,引起Cy5远离Dabcyl,荧光恢复,通过测定荧光强度可以间接测定microRNA-21的含量。少量microRNA-21即可触发DNA的级联酶切反应,使信号放大,有利于提高生物传感器的灵敏度。该方法可以在均相溶液中检测microRNA-21,操作简单,在0.01 nmol/L-100 nmol/L之间有良好的线性关系,检出限为17 pmol/L。