DNA作为生命的遗传物质,具有储存和传递遗传信息的功能。通过简单的序列设计,利用DNA卓越的分子识别性能和结构特点已经开发了基于动态DNA的纳米机器。DNA机器的快速响应依赖于分子杂交反应或者说链交换反应速率,而信号输出和结构稳定性依赖于DNA杂交体稳定性。但是很困难去同时满足这两个条件,因为杂交的稳定性会降低链交换反应速率。为了克服这些缺点,本文将梳型阳离子共聚物,聚赖氨酸接枝葡聚糖(PLL-g-Dex)作为研究对象,构建基于梳型阳离子共聚物的DNA生物传感体系。本论文包括三部分内容:第一部分通过采用还原胺化反应制备PLL-g-Dex共聚物,并通过红外光谱(FT-IR)以及核磁共振法(1H-NMR)对其进行结构表征,采用凝胶渗透色谱法(GPC)检测其分子量。结果显示经过还原胺化反应成功合成了 PLL-g-Dex共聚物,最终PLL-g-Dex共聚物的数均分子量达到161543,重均分子量达到201312。通过1H-NMR谱图及GPC分析,得到PLL-g-Dex共聚物的Wt%为91%。第二部分采用氧化石墨烯(GO)作为高效淬灭剂,构建了基于梳型阳离子共聚物的GO-DNA的生物传感体系。通过对氧化石墨烯进行红外表征,发现氧化石墨烯上含有许多极性基团,亲水性良好,可用在接下来的试验中。实验验证了检测原理的可行性,得到GO、序列完全互补的cDNA和PLL-g-Dex使用浓度为9μg/ml、90nM和96nM时,实现对T-DNA序列中间出现的C-C单碱基错配的特异性检测,对于人类基因疾病的预测有一定的研究意义。第三部分为了拓宽PLL-g-Dex共聚物的应用领域,通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳实验、荧光光谱分析、紫外熔点(Tm)测量实验,构建了 PLL-g-Dex/PVS驱动的一系列具有快速响应的聚电解质辅助DNA机械纳米装置。探讨阳离子梳型共聚物PLL-g-Dex驱动DIS25的二聚化过程,以及PVS驱动的DIS25二聚体的解离动力学过程,结果发现,PLL-g-Dex大大促进了自互补的茎环DNA的二聚体形成,同时提高了二聚体的熔点Tm从54.5℃升高到66.7℃,证明了 PLL-g-Dex具有稳定DIS25二聚体的作用效果;PVS驱动的DIS25二聚体的解离动力学研究发现,自发地解离的二聚体的Ea值估计为113.2 kJ mol-1,而PLL-g-Dex辅助约为366.2 kJ mol-1,证实了由PLL-g-Dex辅助的茎环DNA的二聚化显著快于二聚体的自发解离;在二聚体的Tm附近获得快速反应,60℃、46℃和42℃下构建了由聚电解质驱动的高灵敏度的自互补DNA纳米开关(DIS25,DIS25-2a 和 DIS25-3a 系列)。还进一步设计了双茎环 DNA(DIS42),并在37℃温度下构建了更复杂的纳米开关系统。DNA和聚合物燃料浓度都在纳摩尔级别范围内。聚电解质辅助转化和序列设计策略确保了在生理相关条件下快速反应和有效切换的可逆状态控制。该敏感组件的进一步应用是构建适体型药物递送系统,结合或释放响应其转化形式的功能性分子。梳型阳离子共聚物驱动的功能型DNA纳米机器的构建让DNA纳米机器在生物医学领域的应用研究具有重要意义。