生物传感技术是一种新型分析检测技术,它融合了生物、化学、物理等多门学科知识,实现了多种类型目标物的检测和分析,为生命科学、医学研究等领域的发展提供了一个有效的工具。无酶核酸放大技术是生物传感领域常用的方法之一,它基于特异性编码的克里克-沃森碱基互补配对原则,通过链杂交和链置换反应,实现信号放大。催化发夹组装反应作为一种常见的无酶核酸放大方法,由于其不需要酶辅助、灵敏度高、稳定和选择性能优异等特点,科研工作者们将它与其他研究手段结合起来,广泛用于核酸、蛋白质、金属离子、小分子等物质的检测。本论文基于催化发夹组装反应,并结合核酸分子显色反应、核酸荧光探针,建立了多个灵敏度高、特异性好的生物传感器,用于水样中汞离子、谷胱甘肽以及细胞内多种mRNAs的检测。具体内容如下:论文第一章,围绕生物传感技术和核酸放大技术,从酶辅助核酸放大反应和无酶核酸放大反应两个方面详细论述了目前比较常见的核酸放大技术。同时简单的介绍了本课题的研究内容和意义。第二章中,基于催化发夹组装反应,以汞离子与胸腺嘧啶碱基对之间的配位作用为前提,我们设计了一个汞离子检测的比色方法。汞离子存在时,将引发催化发夹组装,并引起核酸分子构象变化,形成具有过氧化物酶活性的G四聚体DNAzyme,通过显色反应和紫外可见吸收光谱峰值变化实现重金属汞离子的检测。通过凝胶电泳分析、紫外可见吸收光谱分析、显色反应变化等多种方法,得出该方法能够实现汞离子的高灵敏检测,检测限是17 pM,并且选择性能优异,适用于实际水样中汞离子的定量检测。同时,基于生物硫醇与汞离子的配位作用,进一步设计了一个生物传感器,用于检测水样中的谷胱甘肽,检测限是16 pM。结果证明,该方法能够实现汞离子和谷胱甘肽的定性和定量分析,是一种超灵敏、操作简便的生物传感器。第三章中,我们设计了一种基于SA支架的DNA纳米结构,用于核酸的高效输送;并且基于交联催化发夹组装,开发了一种DNA回路介导的活细胞内多组分mRNA的灵敏检测方法。结果证明,DNA纳米结构通过与温度有关的细胞内吞方式,能够高效进入细胞,并且表现出优异的溶酶体逃逸能力。在体外检测中,当目标mRNA存在时,将触发交联催化发夹组装反应,实现荧光恢复,具备多重目标mRNA分子同时定量检测的潜力;细胞内的荧光成像图对比度高,具备较高的分辨率。因此,本章中设计的方法发展了一种高效核酸输送平台,以及细胞内多组分低丰度生物标志物的灵敏检测和高对比度成像方法,为疾病的诊断和精准治疗提供了一种新的研究工具。