富含鸟嘌呤(Guanine,G)的DNA或RNA核酸序列是一类重要的生物大分子,大量存在于基因(尤其是癌基因)复制起始位置、启动子区域、基因内部和染色体端粒末端等重要区域,且广泛参与了基因转录和翻译的调控。有望成为疾病特别是癌症治疗和干预的新靶标,受到了科学界广泛的关注。本文以G-三链体和硫磺素T(ThT)小分子为基本元件,构建高效稳定的荧光探针,并设计了一系列生物传感新方法用于microRNA(miRNA)和可卡因检测:1)第二章,G-三链体是一种潜在的新型DNA二级结构。该结构可由富含三段连续G碱基的富G核酸序列组装而成。它们可能与经典的G-四链体具有相似的生物学和化学功能。然而,到目前为止,已经报道的G-三链体序列非常少,及功能化研究也非常少,且结构相当不稳定。因此,稳定性是目前G-三链体结构、功能及其应用研究引人关注的难点问题之一。在本文中,我们发现了一段富含G碱基的短序列(5’-TGGGTAGGGCGGG-3’),其在室温下可以形成稳定的G-三链体结构(Tm~60°C)。并且,该稳定的G-三链体结构可以与ThT结合,形成增强型荧光探针。与传统的基于G-四链体的荧光探针相比,这种基于G-三链体的荧光探针更易于调控。基于该发现,我们将该探针应用于各种生物传感策略的构建,并将其与传统基于G-四链体荧光探针的传感策略进行了比较,总结了其优势。该研究工作有望为生物传感器的构建提供一种新的工具,并为G-三链体的结构与功能研究提供新参考。2)第三章,开发高特异性检测新方法用于识别miRNA同源序列之间的单碱基差异是目前miRNA检测的重大挑战之一。本章基于G-三链体DNA的荧光探针,设计了一种无标记的G-三链体分子信标(MBG3),并将其作为识别探针,结合双链特异性核酸酶(DSN),构建了一种简单的无标记信号放大方法(MBG3/DSN)用于miRNA的高特异性检测。得益于G-三链体探针出色的可调控性,MBG3的茎部可设计为含5对碱基的短双链。该短双链一方面足够稳定适用于DSN酶的操作温度(60°C),另一方面可有效地保护MBG3的茎部,免受DSN酶的降解,消除传统分子信标用于DSN方法产生的假阳性信号,解决了传统分子信标难与DSN结合使用的难题。最后,MBG3高效的目标识别能力与DSN酶高灵敏的底物选择性使得该新方法适用于miRNA的高特异性检测。与传统的基于线性ssDNA识别探针的DSN方法相比,MBG3/DSN法可将具有单碱基差异的miRNA序列的信号响应值从37%降低至8%,区分能力提高4.5倍。3)第四章,基于可卡因核酸适配体的特异性识别,开发了一种简单的免标记的即时检测法用于可卡因的检测。我们发现可卡因适配体可以以非共价键形式结合荧光分子ThT,并促使ThT在484 nm处发射荧光。随后我们通过一系列实验手段证明,可卡因适配体与ThT的结合位点正好与可卡因适配体与可卡因的结合位点重合,并且可卡因适配体与可卡因的结合力明显强与其与ThT的结合力。因此,当目标分子可卡因加入时,ThT被快速置换,从而使得荧光猝灭。基于以上发现,我们开发了一种简单的可卡因检测方法。该方法只需将待测样本与含可卡因核酸适配体和ThT的缓冲液充分混合数秒,测定其荧光变化即可。结果表明:该方法可以在在几秒钟内快速检测到可卡因,检测下限低至250 nM,低于已报道的基于目标诱导构象变化的20倍。该方法使用的核酸适配体无需标记,成本低,且实验操作非常简单。