DNA分子不仅是稳定的遗传物质,而且还具有特异性杂交、超强并行运算、高密信息存储、微小性等优势,因而广泛应用于纳米技术领域,既可以用于构建可操控的纳米结构,又可以作为分子运算的工具。本研究利用G-四聚体脱氧核酶作为分子逻辑门和生物传感器的基本元件,构建了简单、经济、安全的比色逻辑门和生物传感器模型。并给出了序列设计、实验仿真、实验设计、分析讨论,具体研究内容如下:基于G-四聚体脱氧核酶的形成与解离以及G-四聚体脱氧核酶的催化反应原理,构建了一种新型的比色逻辑门模型(YES、NOT、AND、OR、NAND、NOR逻辑门),又通过两条DNA将YES门的两种不同逻辑状态联系起来,构建以两条DNA作为“燃料”驱动的YES门不同逻辑状态的循环转换。根据模型设计了DNA序列,通过Nupack仿真初步验证了逻辑门序列设计,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进一步验证了逻辑门序列设计,并从时间、温度、浓度多维度优化逻辑门设计,又通过比色分析和吸光度曲线直观地展示了逻辑门的输出信号,验证了比色逻辑门模型的有效性。将该比色逻辑门作为基本的逻辑单元级联,可以构建新型比色逻辑电路和逻辑计算系统。基于G-四聚体脱氧核酶的催化反应原理和杂交链式反应(HCR)扩增技术,设计了一种新型、特异性、高灵敏性的生物传感器模型。根据模型从传感器设计优化、特异性识别、灵敏性三个方面设计了DNA序列,通过Nupack仿真初步验证了传感器序列设计,通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进一步验证了传感器对靶分子的特异性识别以及高灵敏性,并从时间、浓度两个方面优化了传感器设计,又通过吸光度曲线进一步验证传感器对靶分子的识别效果,验证了传感器模型的有效性。