许多生物小分子的生理活性都与各种结构的核酸分子的相互作用密切相关,探究小分子与核酸结合的构效关系具有十分重要的生物意义。因此,本论文选用三链DNA、分子信标及脱碱基位点DNA为研究对象。根据对不同结构的异喹啉生物碱与核酸之间相互作用的研究,我们分别开发了 pH和金属离子调控的分子开关、灵敏度可调的免标记分子信标以及手性荧光传感器。主要研究内容如下:1.以异喹啉生物碱作为选择剂、稳定剂、诱导剂以及开关信号的三链DNA荧光传感三链DNA逐渐在多个领域引起了人们的广泛关注,诸如基因表达、药物筛选、分子开关以及传感器等。然而,其应用都取决于三链结构的形成与稳定。我们研究了多种结构的异喹啉生物碱对三链DNA的识别,发现天然小分子白屈菜红碱(CHE)对特异性识别三链结构的选择性最高,随着三链DNA与CHE的结合,DNA的三链结构部分稳定性逐渐增强而双链结构部分的稳定性没有任何影响。CHE能够诱导易形成三链的寡核苷酸链(TFO)与其对应的双链部分结合形成三链DNA。由于CHE与三链结构结合能够使其荧光强度明显增强,因此,CHE可以作为检测三链结构的有效分子探针。利用CHE作为特异性的选择剂、诱导剂以及开关信号,我们成功地设计了这种pH和金属离子调控的免标记三链纳米开关。2.可调的免标记三链分子信标用于DNA分析核酸序列的检测在现代生命科学中占有十分重要的地位。分子信标操作简单、反应灵敏并且具有高度的选择性,一直是人们的研究热点。在此,由于三链DNA结构对溶液pH较为敏感,我们设计了一种灵敏度可调的免标记tMB。由于天然小分子CHE能够与三链结构特异性结合并荧光增强,且能够稳定三链结构并诱导其形成,我们选用了 CHE作为开关信号。不加入靶标序列时,tMB茎部呈三链结构与CHE结合,荧光信号响应;加入靶标序列与环状部分结合后,环状部分形成刚性双链结构从而将茎部的三链体破坏,荧光信号明显降低,而加入含有变异碱基(G/C)的靶标序列,与环状部分不能形成稳定结构而不能明显破坏茎部的三链结构,荧光信号基本不变。改变溶液pH能使tMB三链结构的稳定性也随之发生变化,可以调控对序列检测的灵敏度。3.基于双链DNA的手性荧光传感器运用生物大分子对天然手性对映异构体的快速识别有助于手性传感器的发展以及加快药物的开发。在这项工作中,我们首次运用含有AP位点的双链DNA来探究其区分对映体的能力。我们选用一种能够与AP位点特异性结合的荧光团用作荧光探针,以天然的四氢巴马汀(THP)为代表性对映体,开发了一种可用于直接检测的手性传感器。我们发现,由于L-THP能够特异性与AP位点结合(L-THP的结合常数高出D-THP两个数量级),因此只有L-THP能够有效取代AP位点原本结合的荧光团而使体系荧光强度明显增强。通过荧光滴定、等温滴定量热法以及DNA熔解实验确定L-THP与AP位点的结合强于D-THP,并且可以通过改变AP位点的数目以及其侧翼序列调节该传感器区分对映体的能力。对单个手性原子诱导的异构体的区分,单个AP位点便能够提供一个完美的结合空腔。这项工作基于双链DNA开发的手性荧光传感器进一步推动了手性传感器的发展。