DNA分子相比于免疫或酶传感器中的分子识别物质抗体或酶而言,具有易于合成、稳定和高特异性等优点。利用DNA作为识别元件的生物传感器研究己经成为分析化学领域的重要研究方向之一。荧光法因具有灵敏度高、响应迅速和信号转换模式灵活多样等优点而被广泛应用。构建简便易行、成本低、普适性强的DNA荧光生物传感器具有重要的理论和实际意义。本论文以DNA和DNAzyme作为分子识别探针,结合分子识别反应后的构型转换,提出分子识别信号的新原理,构建了检测重金属离子和蛋白质的DNA荧光生物传感器。具体研究内容分为四章：一、基于Pb-K离子输入AND逻辑门检测Pb2+的研究基于逻辑门中的两种离子输入(K+,Pb2+)所诱导DNA探针构型的转换,建立了一种无需标记、高灵敏、高特异性地检测重金属离子的DNA逻辑门。以发夹型核酸探针为分子识别探针,其环部和茎部分别为富含G碱基的核酸适体(PS2.M)和DNA酶GR-5DNAzyme。信号探针分子为设计合成的芦荟大黄素衍生物(AED),其自身具有较强荧光。当Pb2+存在时,茎部的DNAzyme可以特异性切割底物链,形成较短的茎部,使得体系中的K+能打开发夹探针而与PS2.M形成G-四链体。AED嵌插入G-四链体,导致其荧光强度降低。基于核酸探针构型变化所引起的AED荧光强度的变化,实现超灵敏检测Pb2+。由于发夹型DNA和GR-5DNAzyme的分子识别高特异性,该方法可高选择性地检测复杂体系中的Pb2+。采用圆二色光谱、紫外-可见吸收光谱和荧光偏振实验进一步验证了该传感机制。该方法可高灵敏度的检测Pb2+,其检测线性范围为50pM-50nM,检出限为23pM。此外,通过改变核酸探针的特定序列也为检测其他目标物提供了坚实的传感平台。二、基于金纳米棒荧光共振能量转移的Pb-Hg离子输入OR逻辑门的研究基于金纳米棒与不同构型DNA发生荧光共振能量转移效率的差异,建立了-种快速检测金属离子的OR逻辑门。以一端荧光标记的核酸适体为分子识别探针,当表面带正电荷的金纳米棒与DNA混合后,静电作用使得二者靠近发生荧光共振能量转移,导致体系荧光信号降低。输入Pb2+或Hg2+时DNA构型的变化增大了DNA表面的负电荷密度,增强了二者间的静电作用,提高了荧光共振能量转移效率,体系荧光信号进一步降低。通过紫外-可见吸收和圆二色光谱进行了原理的验证。研究结果证明,铅离子和汞离子检测线性范围为5pM-10nM,其检出限分别为2pM和3pM。该方法具有简单、成本低、选择性好、灵敏度高等优点。三、基于金纳米棒荧光共振能量转移检测凝血酶的研究基于金纳米棒与不同构型DNA发生荧光共振能量转移效率的差异,建立了一种简单快速检测凝血酶的荧光方法。以一端标记荧光基团的凝血酶核酸适体(FAM-TBA)作为分子识别探针,当带正电荷的金纳米棒与F-TBA混合后,静电作用使得二者靠近并发生荧光共振能量转移,导致体系荧光信号降低。加入凝血酶后,核酸适体由单链转变成G-四链体,增大了DNA表面的负电荷密度,提高了荧光共振能量转移效率,导致体系荧光信号的进一步降低。采用紫外可见吸收光谱、透射电镜实验验证DNA与金纳米棒之间的作用,并通过圆二色光谱验证了DNA与凝血酶作用前后构型的变化。研究结果表明,凝血酶检测线性范围为1pM-5nM,检出限为0.3pM。该方法具有简单、成本低、选择性好、灵敏度高等优点,实际样品的检测结果较好。