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G-四链体是一种富含G碱基的特殊结构的DNA,它具有与相关物质结合而发出荧光的特性,因此已经被应用于多种生物传感器的设计中。本文利用G-四链体与原卟啉(PPIX)作为荧光指示信号设计了三种传感器,分别用于检测DNA、Pb2+和Hg2+。本论文主要内容包括以下三部分:第一部分,我们设计了一种免标记的发卡结构的寡核苷酸探针,它主要由三部分组成:茎状区、识别区(与目标DNA结合)和富G区。当不存在目标DNA(T-DNA)时,探针DNA形成发卡结构,此时,富G区的部分碱基被封锁在茎-环结构中而不能够形成G-四链体结构,因此没有荧光信号产生。当存在T-DNA时,它能够与识别区通过碱基互补配对作用结合在一起,从而打开发卡结构,释放出整个富G区而折叠形成G-四链体结构,并与PPIX结合形成G-四链体-PPIX复合物而发出荧光,达到检测目标DNA的目的,其检测限为3.5nM。此外,当靶基因上有单个、两个或三个碱基突变时,该方法也能够很容易地检测出来。第二部分,我们沿用了检测DNA中的富G序列部分。在形成G-四链体-PPIX时,有荧光信号产生,当加入Pb2+后,由于铅离子与G-四链体的结合力远高于K+,因此铅离子取代了能够稳定G-四链体结构的K+,导致G-四链体的结构发生变化,释放出与其结合的PPIX,从而使荧光强度逐渐降低,最终达到检测Pb2+的目的。这种方法具有很好的灵敏度和特异性,检测限为2.6nM。第三部分,我们设计了两条无标记的DNA序列,都含有富G区和3个T碱基的错配区。当不存在Hg2+时,两条寡核苷酸链形成不稳定的错配结构,而富G区很难形成G-四链体结构,荧光信号很弱;当存在Hg2+时,T-Hg2+-T键的形成促使两条链形成稳定的双链结构,此时,两条链中的富G区相互结合而形成一个裂分的G-四链体,并与PPIX结合而发出荧光。与一般的“turn-off”模式(荧光信号随Hg2+浓度增大而减小)相比,这种“turn-on”模式(荧光信号随Hg2+浓度增大而增大)可以避免检测中假阳性信号的产生,因此具有更高的可靠性。此外,这种方法没有使用氯化血红素(Hemin)和H2O2等作为辅因子,因此省去了繁杂的步骤使操作更加简便。该方法的检测限为4.6nM。