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分析化学发展的一个重要方向是设计能够对特定目标分析物产生可测量信号的传感器。荧光传感器由于检测的灵敏度高、选择性好和使用方便等优点，近年来取得了较大发展。分子识别受体是影响荧光传感器传感性能的最主要因素，因此研究与发展对目标分析物选择好、灵敏度高又具有较好的稳定性和可逆性的分子识别受体一直是构建荧光传感器时值得探索和完善的重要方面，同时荧光信号报告基团是荧光传感器的另一个重要组成部分，它以外界可以感知的荧光信号报告在分子或超分子层面的分子识别事件的发生。由于目前对某类物质有响应的绝大多数荧光传感器的分子识别受体都是固定的，所以信号检测的方法则直接决定荧光传感器性能的优劣。
基于分子化学的荧光传感器将分子识别受体与荧光体用共价键连接起来，但一般需要复杂的合成路线、合成过程耗时、费力且一般水溶性较差。最关键的是，将两者通过连接体用共价键连接起来也可能会损害这两部分的性能，比如分子识别受体不再识别目标分析物或荧光体不能报告分子识别事件的发生。近年来，超分子化学已成为化学、生物学、医学等交叉学科的研究热点之一。在各分子亚单位之间通过分子间弱相互作用形成的超分子体系中，各分子亚单位在保持自身相对独立性的同时也表现出整体效应，因此可以利用超分子化学构建荧光传感器。相对基于分子化学的荧光传感器，基于超分子化学的荧光传感器的发展还较为滞后，比如尽管基于分子化学的荧光传感器有很多其自身无法克服的内在缺点，目前商品化的荧光传感器大多是基于分子化学的荧光传感器，几乎没有商品化的基于超分子化学的荧光传感器。所以，设计新型信号检测的方法及整体性能优良的荧光传感器是传感器研究领域的重要内容之一。
本论文以设计新型信号检测的方法及整体性能优良的分子识别与荧光传感体系为主要目标，主要完成了以下四个工作：
（1）基于错配的胸腺嘧啶（thymine）碱基对（T-T）与Hg2+间特异性地高亲和作用形成稳定的T-Hg2+-T结构，用富胸腺嘧啶（T-rich）的单链DNA作为Hg2+的识别受体，同时利用荧光染料溴化乙锭与单链DNA或双链DNA作用后荧光强度的显著性差异作为检测信号设计了新型Hg2+6光传感体系。
（2）基于错配的胞嘧啶（cytosine）碱基对（C-C）与Ag+的特异性地高亲和作用形成稳定的C-Ag+-C结构，及发夹结构的DNA分子在识别靶DNA序列上的优势，Ag+介导的结构可控的核酸探针并应用于生物分子的检测。
（3）基于错配的胸腺嘧啶碱基对与Hg2+间特异性地高亲和作用形成稳定的T-Hg2+-T结构，设计了免标记的以T-Hg2+-T结构为茎部的发夹型结构DNA作为靶DNA的分子识别受体，与靶DNA杂交后破坏该发夹结构并释放出结合在茎部内的Hg2+，同时利用Hg2+可以猝灭量子点的荧光作为信号检测方法，设计了茎部稳定性可控的、分子识别和信号检测相分离型且免标记的新型发夹结构DNA荧光传感体系并应用于靶DNA的检测。
（4）设计合成了两种小分子荧光探针。利用CN-与Cu2+的亲和力与Cu2+与所设计合成的荧光探针亲和力的差异，基于指示剂取代原理设计了一个荧光增强型CN-传感体系。