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功能核酸探针(包括分子信标、核酸适配体、脱氧核酶和T-Hg2+-T结构等)在分析化学领域表现出了巨大的优势,为分析检测方法提供灵活多变的信号传导机制。特别是功能核酸探针与等温信号放大技术的结合,使分析方法的灵敏度得到极大的提高。近年来,基于功能核酸探针的分析方法被广泛地应用于环境监测、食品安全分析、临床诊断等领域,并展现出优异的分析性能。同时,诸多等温信号放大技术被开发出来用于增敏相关分析方法,为超灵敏检测方法的开发提供了无限可能。本论文主要围绕新型功能核酸探针的设计及其信号传导机制的构建,以及新型等温信号放大技术对传感信号的增强作用,建立了几种高灵敏的分析方法。本论文的主要内容如下:第一章:概述功能核酸探针的定义、分类及发展历程;详细介绍几种功能核酸探针(包括分子信标、核酸适配体、脱氧核酶和T-Hg2+-T结构)的定义、分类及分析应用;详细介绍几种等温信号放大技术(包括滚环扩增技术、链置换反应、杂交链反应和催化式发夹组装反应)的工作原理及分析应用;阐述本论文的主要目的及研究内容。第二章:利用T-Hg2+-T配位化学设计一种能够直接响应二价汞离子(Hg2+)发生构象转变的发夹探针,基于此发展了一种新型电化学传感器用于Hg2+的检测。该发夹探针环部中间位置标记有一个二茂铁分子(Fc)作为电化学信标。探针的茎部具有较强刚性,使探针在金电极表面处于直立状态,导致二茂铁与电极之间无法有效地发生电子转移。目标Hg2+的加入诱使发夹探针发生构象转变,原来的发夹结构被破坏。此时,二茂铁能够与电极有效接触并发生电子转移。采用方波伏安法(SWV)监测电流信号的增强,即可实现对Hg2+的灵敏检测。该传感器的线性范围为5.0nM～1.0μM,检测限可达2.5nM(3σσ)。第三章:以Pb2+-特异型脱氧核酶(8-17DNAzyme)为识别元件,以杂交链反应(HCR)为信号放大机制,构建了一种磁控电化学传感器用于二价铅(Pb2+)的超灵敏检测。8-17 DNAzyme固定于磁珠表面,加入Pb2+时,8-17 DNAzyme中的催化链发挥催化活性使底物链断裂并解离。剩下的催化链以单链形式保留在磁珠表面并捕获一条触发DNA链,用来触发两种二茂铁标记的发夹探针(H1和H2)发生HCR反应,由此在磁珠表面富集大量的二茂铁。利用外加磁场将反应后的磁珠富集在工作电极表面,并采用方波伏安法(SWV)监测二茂铁的电流信号,即可实现对Pb2+的灵敏检测。该传感器的线性范围为0.1nM～75nM,检测限可达37pM(3σ)。第四章:结合滚环扩增技术(RCA)和催化式发夹组装反应(CHA)提出一种新型的等温信号放大策略用于microRNA(miRNA)的超灵敏检测。在该方法中,目标miRNA同时作为锁式探针的成环模板和RCA反应的引物,继而触发RCA反应产生长链DNA产物。该长链DNA含有大量的催化DNA序列,可用于催化一对发夹探针(H1和H2)发生CHA反应,产生大量的H1/H2杂交链,并由此将H1中的HRP-mimicking-DNAzyme序列释放出来。利用HRP-mimicking-DNAzyme催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)产生在450 nm处有特征吸收的黄色产物,即可采用比色法对目标miRNA进行定量。该方法的线性范围为1.0fM～1.0pM,检测限可达0.68fM(3σ)。第五章:设计一种非固定型的发夹探针用于识别目标DNA并介导链置换信号放大反应,由此构建一种超灵敏的电化学检测方法。目标DNA与发夹探针上的目标识别位点结合后,可作为引物在KFexo-聚合酶和N.BbvC IA内切酶的共同作用下触发链置换反应。链置换反应中的聚合反应步骤促使探针的发夹结构被打开,释放出链霉亲和素(SA)的适配体序列。同时,链置换反应产生的大量触发DNA片段也可以竞争结合的形式打开探针的发夹结构。通过SA适配体与电极上固定的SA的结合作用,可将大量打开后的发夹探针捕获到电极上。采用方波伏安法(SWV)监测探针上标记的二茂铁的电流信号,即可实现对目标DNA的灵敏检测。该传感器的线性范围为5.0fM～10pM,检测限可达2.56fM(3σ)。第六章:结合滚环扩增技术(RCA)和酶催化信号放大方法,构建一种超灵敏的光电化学免疫传感器用于前列腺特异抗原(PSA)的检测。首先,通过夹心免疫反应将二抗-纳米金-引物/模板DNA信标(pAb2-AuNPs-ptDNA)捕获到微孔板中,继而触发RCA反应。由于RCA反应底物中含有生物素修饰的dATP(biotin-dATP),生成的长链DNA产物中嵌有大量的生物素。通过生物素-亲和素结合作用,可将大量亲和素-碱性磷酸酶复合物(avidin-ALP)富集到微孔板中。最后,利用ALP催化抗坏血酸磷酸酯(AAP)水解生成抗坏血酸(AA)作为硫化镉/二氧化钛纳米管阵列(CdS/Ti02 NTA)电极的空穴捕获剂,可增强其光电响应电流。根据光电流的增强值即可实现对PSA的定量检测。该传感器的线性范围为 0.001 ngmL-1～3 ng mL-1,检测限可达 0.32 pg mL-1(3σ)。