本研究中,建立了三种基于核酸循环反应的分子机器,并利用全内反射荧光显微镜和激光共聚焦扫描显微镜来研究分子机器的运行。研究表明,这两种单分子成像技术可以从单分子层次上对核酸分子机器进行可视化研究。第一章,介绍了相关的技术背景和文献综述。主要列举了生物荧光及荧光标记技术的应用。阐述展望了激光共聚焦显微镜及全内反射显微镜在单分子检测和细胞生物学中的应用。简述了DNA分子机器的研究进展。引出了课题的意义和提出,即利用单分子成像技术研究分子机器的运行,再将其导入细胞。第二章,研究了以自制量子点为荧光标记,以镀膜打孔的ITO玻璃电极为基底,溶菌酶引发DNA循环网络的分子机器的反应情况。通过激光共聚焦显微镜观察了由于循环反应网络造成的荧光标记DNA链的释放。此反应网络由适体识别溶菌酶(靶)引发,并通过3组与DNA相关的循环反应过程提供级联信号放大。整个反应网络由链替换聚合和靶替换聚合组成的上游循环提供初级信号放大,由链替换聚合促成下游循环提供进一步的信号放大,以及一系列DNA剪切-聚合循环提供额外的信号放大。循环反应网络中由于量子点标记的DNA链的释放,使得反应前荧光点由聚集变为分散,荧光点发生转移。当溶菌酶浓度增高时,导致量子点标记的DNA链的释放量也提高,因此可通过荧光成像方法验证循环反应发生。第三章,研究了中间产物为短核酸链的核酸分子机器的荧光成像。建立了一个直接产物为短链DNA的放大分子机器,并将其与杂交链式反应耦合,后者作为报告反应单元,将分子机器的直接产物转化为长链产物。直接观察了HCR的引发和循环反应。由于分子机器的原始反应物为尺寸为纳米级的DNA链或DNA纳米结构,在荧光显微成像中通常表现为单个亮点,所以将产物设计成与产物有明显区别的形状(长线状)在荧光显微图像中将其原料区分开来,从而实现对核酸反应的成像表征。第四章,研究了用激光共聚焦显微镜观察有石墨烯参与的分子机器进入细胞的过程。设计了一个基于DNA循环聚合反应、由适体对溶菌酶的识别引发,产生大量双链DNA的分子机器。当石墨烯吸附单链原料时,荧光被猝灭；而反应后的双链产物脱离石墨烯,显现荧光,由此则可以表示反应的发生。旨在探索石墨烯在基于DNA循环聚合反应的分子机器的成像研究中的应用。并通过荧光成像方法研究分子机器导入细胞并发生反应的过程。