核酸作为遗传信息的主要载体,在生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成过程中具有十分重要的作用,其结构与功能易受到能够与之发生相互作用的分子配体(包括生物小分子或蛋白质)的显著影响。核酸修饰有助于阐明其结构折叠方式与功能化应用的对应关系,对于发展基于核酸结构的分子开关及研究小分子的核酸特异性识别具有重要意义。本论文选用极性反转的G4、碱基缺失位点的双链DNA(AP-DNA)等核酸结构类型为研究对象。根据对不同结构的生物配体与核酸分子之间相互作用的研究,我们分别开发了一种基于DNA的能够对平面性天然异喹啉生物碱的拓扑结构进行选择识别的生物传感器和根据指示剂竞争分析(ICA)开发了一种基于葫芦脲超分子多色DNA识别原理的荧光传感器。主要内容如下:1、凝血酶适配体极性反转及G-四链体重构对平面性天然异喹啉生物碱的选择性识别通过小分子有效构建DNA结构,在开发具有理想性能的基于DNA的新型开关传感器方面具有非常重要的作用。在本工作中,我们发现在钾离子溶液中,仅将凝血酶结合适配体(TBA)3’端的一个鸟嘌呤碱基进行极性反转后(3iTBA),就可以完全改变凝血酶结合适配体最初的G-四链体构型。非结构化的3iTBA与天然的异喹啉小分子配体特异性结合后,能够进行重新组装,这是由于天然异喹啉生物碱小分子(IAs)与不同结构的核酸具有多种结合方式。我们认为3iTBA能作为一种平面性天然异喹啉生物碱拓扑结构的选择传感器。氯化两面针碱(NIT)由于它具有平面结构的芳香环和共平面的取代基,是最能有效将无规则卷曲的3iTBA重新组装成反平行G-四链体构型的小分子配体。但是,常见的金属离子不能实现这种结构的转变。3iTBA对IAs拓扑选择识别的能力可以通过金纳米颗粒作为显色输出信号很直观地观察到。我们的工作通过探究核酸序列进行极性反转调节,进一步拓宽了G4的结构化应用,也提供了一种将核酸结构转换为小分子结构灵敏传感器的新方法。2、指示剂竞争分析用于超分子多色DNA解码相对于仅依赖荧光强度信号的单独分析方法,多色荧光传感器有望实现较高的强信号对比分析。在本工作中,我们通过指示剂竞争分析(ICA)开发了一种基于葫芦脲超分子多色DNA识别原理的传感器。黄连碱(COP)和黄藤素(PAL)作为原理论证的指示剂,它们能与葫芦[7]脲(CB[7])结合后产生强的荧光发射信号。当引入含有缺碱基位点(AP-DNA)且其对位碱基为胸腺嘧啶的DNA竞争剂时,它能与CB[7]竞争COP,使之发光颜色由绿色变为棕黄色,而当缺碱基位点的对位碱基为嘌呤时,则就不能与CB[7]竞争COP,此时溶液发光颜色仍然为绿色,表明对多色核苷酸颠换识别有一个较高的选择性。但是,由于PAL与CB[7]的结合能力相对较弱,含有缺碱基位点的DNA能将其从它与CB[7]的复合物中竞争出来,因此产生从蓝色到绿色的颜色变化,这种变化与AP-位点对面核苷酸的类型是无关的,而且不同于全匹配DNA溶液所呈现的蓝色,表明提出了一种对含有AP位点DNA生物标志物检测的优选方法。我们的方法表明:提出了一种新的基于ICA原理的多色DNA传感器,且采用超分子葫芦脲的包络作用保证了较高的选择性。