生物分子（如三磷酸腺苷、DNA）的检测在疾病诊断、基因治疗、医疗预防以及环境监测等方面具有重要意义。发展快速、方便、灵敏的生物传感器备受关注。本论文研究工作，以DNA为核心，利用电化学和荧光等检测手段，设计了分析检测DNA和三磷酸腺苷(ATP)的生物传感器。主要研究内容包括:　　第一章，前言。介绍了DNA传感器的基本知识，重点阐述了基于DNA的生物传感器在比色、电化学和荧光领域的研究进展。以及基于核酸外切酶Ⅲ(ExonucleaseⅢ(ExoⅢ))和T4 DNA连接酶信号放大的DNA生物传感器的研究进展，阐明了本论文的选题依据和研究内容。　　第二章，介绍了具有特异性的免标记电化学DNA传感器用于目标DNA的灵敏检测。以亚甲基蓝作为电活性物质，结合ExoⅢ酶放大作用，设计了双链DNA为固定探针的检测体系。双链DNA探针由AP链和SP-15杂交而成，通过巯基与金电极的作用自组装于金电极表面。SP-15由三部分组成:Ⅰ部分是和目标DNA相匹配的系列;Ⅱ部分是与AP探针相杂交的系列;Ⅲ部分是具有不同数目的游离鸟嘌呤系列，其能与亚甲基蓝特异吸附得到较强电信号。与此相反，AP是没有鸟嘌呤的DNA探针。该双链DNA探针形成3突出端，而不会被ExoⅢ酶剪切。在检测之前，将双链修饰的电极浸没于搅拌的亚甲基蓝溶液里，探针中含有大量游离的鸟嘌呤与亚甲基蓝特异吸附而得到较强的初始DPV信号;而目标DNA与探针Ⅰ部分相结合后，使得Ⅰ部分变成平滑的3端，引发ExoⅢ酶的酶切作用，释放出来的目标DNA又可以引发下一轮剪切。结果大量探针的Ⅲ部分离开电极，而探针AP没有游离的鸟嘌呤，所以再次将电极浸没于亚甲基蓝溶液后，探针吸附亚甲基蓝的量会大量减少，而得到较弱的DPV信号。信号前后的对比急剧减小，可以用于指示目标DNA量的多少。　　第三章，介绍了简单、快速、灵敏的免标记荧光法检测ATP。染料SYBR GreenⅠ在水溶液中荧光很弱，但是嵌入双键DNA后荧光增强800-1000倍，而其与单链DNA或者核苷酸作用微弱，其荧光强度与水溶液中大小相当，该染料常用于DNA生物传感器领域。ExoⅢ酶可以剪切双链DNA中内嵌或平滑的3端，对5端和突出的3端没有剪切能力，对单链DNA的剪切活性很弱，其对底物DNA系列没有要求。核酸外切酶Ⅰ(ExoⅠ)是另一种对底物DNA系列没要求的剪切酶，其能对单链DNA从3端到5端按顺序水解磷酸二脂键。再结合T4 DNA连接酶需以ATP作为辅酶的特点，设计了环状DNA探针。环形探针由两个发夹结构的DNA探针（P1和P2）按同浓度杂交而成。因为向上海生工购买DNA时，DNA的5端为了控制合成方向，5端要求除去磷酸基团，而T4 DNA连接酶是催化生成磷酸二脂键的，所以要求P1和P2的5端另外修饰磷酸基团。在检测之前，T4 DNA连接酶不能发挥其作用，而使得环形探针的酶切位点暴露于ExoⅢ酶和ExoⅠ酶。两种剪切酶将探针水解成单个核苷酸，由于荧光染料SGⅠ与单个游离的核苷酸作用微弱，得到非常弱的背景噪音;而加入ATP之后，T4 DNA连接酶将其作为辅酶能量因子，发挥酶作用，将环形探针催化形成闭合的DNA探针，其ExoⅠ和ExoⅢ的酶切位点均被屏蔽。染料SGⅠ大量的嵌入的双链DNA中，得到增强的荧光作用。利用ExoⅠ和ExoⅢ酶切特点，背景信号有效的被减弱，使得信噪比大大增强，提高分析灵敏度。其荧光信号增加的程度与ATP浓度相关，有利于定量分析。　　第四章，介绍了signal-off的电化学DNA传感器，设计了修饰生物素的分子发夹结构的DNA探针，结合ExoⅢ酶的放大作用实现灵敏的DNA检测。固定于金电极的DNA探针，其突出的3端核苷酸被生物素修饰，其与亲和素与HRP的聚合物（SA-HRP）相作用，在双氧水的催化下，大量催化TMB的氧化，再在电极上施加还原电位，因此可以得到较强的还原电流。而在目标DNA存在条件下，其与DNA探针发生杂交，得到平滑的3端，使得修饰了生物素的核苷酸被ExoⅢ酶剪切。因此，TMB的还原电信号急剧下降。该方法灵敏，并具有很好的选择性，检测限达到10fM.　　第五章，研究开发了快速、免荧光基团标记的策略用于超灵敏的ATP检测。该方法依赖于ATP作为辅酶的酶催化形成超级三明治结构的长链DNA，使得大量的双链特异性的荧光染料SGⅠ嵌入长链DNA中，实现荧光增强。该方法能够检测到200 pM的ATP，并且拥有很好的特异选择性。这种免标记、简单快速的方法为基于酶放大法检测ATP的策略中，提供新思路。