单分子检测技术不仅可以定量观察并测量生物大分子的作用方式,而且能够提供生物分子结构和功能的基本信息。单分子技术主要分为两类:一是基于力学的单分子技术,二是基于光学的单分子技术。本研究主要使用基于光学的单分子技术,开发了基于单分子技术的荧光显微成像平台,并探索了其在核糖开关折叠动力学分析和便携式快速检测中的应用:首先设计并构建了基于全内反射显微成像的单分子荧光能量共振转移（single molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer,smFRET）测量平台,并利用该平台开展了对ydaO核糖开关及其折叠动力学的研究,探索了ydaO核糖开关的工作机制;之后,开发了基于荧光信号探测的便携式快速单分子检测系统,通过对单个纳米磁珠体系的荧光成像,实现了对汞离子的精确检测,探索了单分子检测技术在现场检测领域的应用。smFRET技术可以对蛋白质及RNA构象开展高精度的定量分析,然而目前尚没有商业化的smFRET系统。为了开展对于ydaO核糖开关折叠动力学的分析,本工作结合样品微流通道的制备、单分子荧光显微成像系统的构建和单分子荧光信号处理软件的设计,开发了基于全内反射显微成像的smFRET测量平台。该测量平台可以实现对于双波长荧光信号的实时成像与采集,成像分辨率可以达到2.2微米,接近衍射极限;在采集帧率为每秒10幅时,其信噪比可以达到26.8 dB,因此该平台能够实现高灵敏度、高分辨率的荧光信号采集。另外结合软件系统,该测量平台可以实现对于双荧光视场的校准、单分子时序信号的提取以及统计与拟合。该平台的成功构建能够为ydaO核糖开关折叠动力学的研究提供重要的技术基础。使用基于全内反射显微成像的smFRET测量平台,本工作开展了对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis,B.subtilis）ydaO核糖开关的折叠动力学机制研究。首先结合ydaO核糖开关荧光标记位点的设计、片段的纯化和连接,实现了全长目的ydaO核糖开关供体及受体荧光的双标记。进而基于smFRET信号的采集与分析,定量研究了 ydaO核糖开关中三个关键结构域（两个环二腺苷酸（cyclic diadenosine monophosphate,c-di-AMP）结合位点和一个假结）的构象变化对Mg2+,c-di-AMP和配体类似物ATP浓度的动态响应。研究表明当无配体、有配体以及有配体类似物存在时,ydaO核糖开关存在四种关键构象。另外结合动力学分析,证明结合位点1作为可用于第一个c-di-AMP配体的结合支架,进而有利于结合位点2识别第二个c-di-AMP;高浓度的配体促进了假结形成过程中中间FRET状态的形成;有争议的c-di-AMP类似物ATP可诱导不同RNA构象之间的快速转变（时间小于1s）,证明ATP可以结合这种核糖开关基序,但不是主要配体。该基于smFRET的ydaO核糖开关折叠动力学研究为ydaO核糖开关工作机制的探索提供了重要的参考。单分子技术不仅能够对核糖开关等生物大分子开展高精度的定量分析,而且其具有灵敏度高、特异性好、耗样量少和准确性好等优点,在检测中具有广阔的应用前景。为了探索单分子技术在便携式快速检测中的应用,本工作结合基于智能手机的显微成像系统和用于荧光信号识别与分析的智能手机应用,开发了基于荧光信号探测的便携式快速单分子检测系统:通过对单个纳米磁珠体系的荧光成像,该系统不仅可以实现高度特异的汞离子检测;而且其检测限仅为1 nM,并在1 nM和1 μM之间单个荧光信号强度之和与汞离子浓度具有良好的线性关系,证明该便携式快速单分子检测系统能够实现对于汞离子高精度、高灵敏度的定量测量。另外,结合3D 打印,该检测系统尺寸仅为170 mm（长）×113 mm（宽）×168 mm（高）,并且无需外部电源,因此该便携式快速单分子检测系统有望应用于现场检测中。本工作在开发基于单分子技术的荧光显微成像平台的基础上,分别探索了其在核糖开关折叠动力学分析以及便携式快速检测中的应用。本工作相关方法和结论可为基于荧光探测的单分子技术的发展及其在生物大分子机制研究与检测中的应用提供有益的参考。