DNA作为遗传物质携带体,是生物体内最重要的物质,在生物体内发挥着非常重要的作用。DNA纳米技术的发现,打破了人们对DNA只是遗传物质的固有认知。DNA的独特性质使其成为优异的纳米材料用于构建DNA纳米结构,同时也赋予了DNA纳米结构独特的性质如:可编辑性、可寻址性、特异性。基于这些性质优势,利用DNA纳米技术不仅可以构建出不同的形貌、尺寸的纳米结构,还可以构建出具有不同功能的纳米结构。因此,DNA纳米结构被广泛应用于生物传感领域。构建功能化的DNA纳米探针是DNA纳米技术的一个重要发展方向。本论文中,我们利用DNA纳米探针构建了一些新型的生物传感器并用于活细胞内成像和基因治疗。等温核酸放大技术在温和的条件下就能实现信号的几倍,几十倍,甚至几百倍的放大,为痕量生物标志物的检测提供了一种强大的工具。无酶等温核酸放大技术使活细胞内靶标的检测成为可能。DNAzyme的特异性切割能力和可改变的双臂序列使其能够切割任意底物RNA。第2章中,我们设计了一种靶标诱导重建的DNAzymatic纳米放大机器用于活细胞内同时成像和基因治疗。在该设计中,我们将催化发夹组装（catalyzed hairpin assembly,CHA）与DNAzyme结合起来,通过对DNA发夹的合理设计,将DNAzyme的序列插入到发夹探针中。当体系中没有靶标的时候,没有信号产生,并且DNAzyme处于失活状态。但是加入目标之后,触发放大反应,DNA发夹探针打开的同时释放DNAzyme序列,DNAzyme被激活并剪切底物RNA,以此实现基因沉默。该方法提供了一个多功能的平台,实现了细胞内成像和基因沉默同时发生。随着DNA纳米技术的发展,不同形貌的纳米结构的组装得以实现。为了使DNA纳米管的组装更加简单、方便,提出了模块化的组装方法。第3章中,我们提出了一种“一锅法”的组装方法,进一步简化了DNA纳米管的合成步骤,通过一步退火就能组装成管状DNA纳米结构。人脱嘌呤脱嘧啶核酸内切酶/氧化还原效应因子-1（human apurinic apyrimidinic endonuclease/redox effector factor 1,APE1/Ref-1）是碱基切除修复过程中一种重要的酶,参与生物体内多种生理过程。APE1能够剪切双链中的脱碱基位点,但对含有脱碱基位点的单链的活性不高。此外,APE1对序列没有依赖性,可以剪切任意序列中的脱碱基位点。DNA纳米管结构可以分为两部分:“梯级”构筑单元和连接“梯级”的连接链。因此,我们将含有脱碱基位点的双链作为DNA纳米管的连接链,并组装成管状DNA纳米结构。这种DNA纳米结构作为输送载体,将响应APE1的双链DNA探针运输到细胞内部,并进行特异性的、灵敏性的细胞内APE1成像。杂化的DNA纳米结构是DNA纳米结构中重要的一种,通过将DNA和其他纳米材料结合起来组装而成。富含胞嘧啶的DNA序列i-motif是一种能够特异性响应p H的序列,在酸性环境下能够折叠成四链体结构,碱性条件下为自由的单链结构。因此,可以通过调节p H改变i-motif构型。第4章中,基于链霉亲和素（streptavidin,SA）和生物素的特异性结合和i-motif序列,我们构建了一种p H响应的纳米结构。以链霉亲和素为支架和i-motif序列为网络通过DNA互补杂交组装的DNA纳米结构,在碱性环境中保持稳定纳米结构。当环境的p H变成酸性的时候诱导i-motif序列折叠成四链体结构,DNA双链解链进而导致DNA纳米结构解体。该纳米结构能够特异性响应p H,并实现细胞内p H的成像,同时有望成为一种输送药物的载体。基于蛋白质和DNA构建的DNA纳米结构为纳米结构的组装提供了一种新的思路。一分子链霉亲和素能结合四个生物素分子,并且特异性强和亲和力高。与链霉亲和素类似,亲和素也具有相同的性质。第5章中,我们基于亲和素和生物素的特异性强结合力构建了一种特异性响应APE1的纳米结构。首先构建两种以亲和素为骨架的DNA四链体,然后利用DNA链将两种四链体通过碱基互补杂交连接起来形成DNA纳米结构。修饰有生物素的两条DNA链含有脱碱基位点。因此,在APE1存在的体系中纳米结构中的脱碱基位点被剪切,杂交的双链变得不稳定而解链进而导致纳米结构解体。亲和素和APE1独特的相互作用,使DNA纳米结构在为DNA探针提供保护的同时能够特异性响应APE1。该纳米结构提供了一种具有优异性能的检测方法,并且释放的单链可以被设计成具有特定功能的链,使该纳米结构具有应用于生物医学的潜能。