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核酸由于无与伦比的可编程性,已被积极开发各种精致的纳米结构。DNA相互作用的可预测性使纳米级尺寸的2D和3D DNA结构的组装成为了可能。DNA本质上是化学惰性的,基于未修饰DNA的纳米结构大多缺乏功能。但是,可以通过对DNA纳米结构进行化学修饰来获得功能,并且机会是无限的。尤其是具有可定制功能和精确寻址能力的框架核酸在生物医学应用中具有广阔的前景。本文主要研究内容有以下几部分:1.利用DNA的可编程性,构建成一种能够特异性识别MUC-1蛋白且同时检测Survivin mRNA与TK1 mRNA的星型DNA纳米探针。DNA纳米星上有分别与Survivin mRNA和TK1 mRNA碱基互补配对的DNA链,其与Survivin mRNA与TK1 mRNA结合,使原来因相互靠近而荧光猝灭的荧光基团分开从而分别使花菁3(Cy3)与花菁5(Cy5)的荧光恢复,通过荧光信号的变化来检测细胞内Survivin mRNA与TK1 mRNA,实现了对靶标的灵敏检测。2.DNA螺旋结构具有疏水内部结构和高度可预测性以及带负电荷的外部结构,使其与蛋白质结构不同。DNA杂交形成的结构具有动态性质。设计合成了DNA骨架二十面体,在二十面体上包含与Survivin mRNA碱基互补配对的DNA序列及TK1 mRNA碱基互补配对的DNA序列,在其中修饰的Cy5与花菁5.5(Cy5.5)两种荧光基团,两荧光基团因相互靠近而发生荧光共振能量转移过程(FRET),而当Survivin mRNA和TK1 mRNA的同时存在,DNA骨架二十面体被打开,将包覆在DNA骨架二十面体内的毒蛋白gelonin释放到细胞内,而同时因DNA骨架二十面体的打开,两个荧光基团距离增加,不能发生FRET,通过荧光信号的变化,达到比率型检测细胞内Survivin mRNA与TK1 mRNA的目的。3.结合DNA功能化水凝胶的生物学特性以及比率型检测方法的准确性,通过DNA交联水凝胶包覆硅纳米颗粒(SiNPs),制备了一种DNA交联纳米水凝胶,用于癌细胞中三磷酸腺苷(ATP)的荧光成像测定。当无ATP存在时,发生FRET,FRET处于“on”状态;而当ATP存在时,无法产生荧光共振能量转移,FRET处于“off”状态,通过测定荧光信号的比率性的变化,从而达到灵敏检测细胞内ATP的目的。与传统水凝胶相比,这种DNA交联纳米水凝胶尺寸可控,并且具有良好的生物相容性、生物降解性和胶体稳定性。