荧光生物传感器是一种将特定分子识别事件与荧光转换过程相结合的装置。由于它们具有设备简单、选择性好和响应快速等的优点,自从首次构建,便被期望在疾病诊断、环境监测和食品安全中发挥重要的分析作用。然而,在实际分析检测中目标物的浓度通常处于相对较低的水平,这就需要研究人员设计信号放大策略来提高传感器的灵敏度。考虑到酶辅助循环放大反应容易受到温度、酸碱度等环境因素的影响,因此本研究主要致力于开发简单、方便的非酶信号放大方法用于检测不同的目标分子,并获得了一系列有效的结果。我们将所进行的研究工作的具体内容总结如下:1.MicroRNA激活的分子机器用于非酶目标循环放大检测癌细胞中的microRNA失调表达的microRNA可以作为不同癌症早期诊断的有用的生物标志物。基于新颖的目标激活的非酶目标循环放大DNA机器,本文提出了一种简单高灵敏的荧光方法用于检测前列腺癌细胞中的microRNA。目标物miR-141与荧光猝灭的DNA复合探针的末端区域进行toehold链置换反应（TSDR）,导致了FAM标记的信号探针从复合探针中释放,并且产生了另一个toehold区域用于随后与燃料链杂交。一旦与该toehold区域结合,燃料链便通过第二个toehold链置换反应置换了杂交在复合探针上miR-141并且激活了该DNA机器,使得miR-141进行目标物循环并导致大量的释放信号探针用于放大检测miR-141,其检测限达到80fM。该方法也展示了高的选择性,同时可以用于监测癌细胞中的miR-141。此外,我们构建的方法避免了使用蛋白酶进行目标物循环放大,因此在未来的生物分析领域可以提供重要的应用价值。2.目标响应适配体机器用以免标记的和灵敏的非酶循环放大检测ATPATP的浓度异常与许多疾病相关,开发简单和灵敏的方法用于鉴定和检测ATP在临床诊断中至关重要。在这项工作中,基于一种新颖的ATP响应分子适配体机器,我们开发了一种非酶信号放大方法,这种方法可以敏感的检测人类血清中的ATP。目标ATP与三链DNA复合探针中的ATP适配体结合使得该适配体的构型改变,并导致toehold区域的暴露。燃料DNA随后杂交到该区域上,通过toehold介导的链置换反应释放了G-四链体活性序列和目标ATP。这样,ATP分子可以循环再利用使得释放许多G-四链体活性序列,这些被释放的活性序列与N-甲基卟啉二丙酸IX（NMM）结合产生显著放大的荧光信号,用于灵敏的检测低至25nM的ATP。此外,这种方法对于其他对照分子也展示出高选择性,并且可以用于检测稀释的血清样品中的ATP。另外,我们的方法避免使用酶和纳米材料进行信号放大,也未标记信号读出探针。因此,经过精心的改进设计,这里提出的传感平台具有很大的潜力用于简单的和敏感的检测其他小分子。3.金属toehold激活催化发夹组装形成的三向DNAzyme连接体用于放大荧光检测汞离子由于汞离子对环境和人体不可逆的毒性影响,开发一种可靠的并具有高选择性和灵敏的汞离子检测方法具有重要意义。借助于通过金属toehold触发催化发夹组装（catalytic hairpin assembly,CHA）形成的三向DNAzyme连接体的高效的信号放大能力,我们构建了一种可用于测定不同水环境样品中汞离子的高灵敏和高选择性的方法。存在目标汞离子可导致形成T-Hg²⁺-T碱基错配金属toehold结构,这样便触发了含有分裂DNAzyme的三个发夹经过催化组装以形成依赖于镁离子进行底物链剪切的DNAzyme连接体。接着,镁离子循环切割荧光猝灭的底物链结构产生了显著增强的荧光信号用于灵敏的检测汞离子,达到了4.5pM低的水平。由于在金属toehold区域应用了T-Hg²⁺-T桥状结构化学,我们开发的传感器对其他的竞争离子展示了高的选择性,而且可用于检测参杂在环境水样中的汞离子。考虑到核酸引发序列和组装序列的核酸本性,所开发的方法具有很大的潜质来设计新的无酶信号放大方法用以检测不同的DNA和RNA目标。