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DNA生物传感器是以核酸为功能性元件来识别特定的目标物质，并通过转换器件将目标物质的存在转变为可输出的光、电等信号进行检测的器件。DNA生物传感器的高灵敏性和特异性使其在生化检测中受到广泛关注，尤其是在环境污染物的灵敏检测和疾病的早期诊断等领域。本论文利用功能性DNA探针，结合微流控电泳分析平台，核酸酶和纳米金的特性，构建了一系列的生物传感器应用于重金属汞离子，单碱基错配，及可卡因小分子的检测，并对某些特定反应进行了定性定量的研究。主要内容如下:
(1)建立一种基于微流控分析平台的汞离子检测传感器。该方法基于分子间的配位与替代机理，利用Hg2+可特异性结合DNA的两个胸腺嘧啶碱基(T)形成稳定的T-Hg2+-T结构，设计了一系列对汞离子有特异性结合能力的单链DNA探针。该系列探针与Hg2+反应引发DNA结构变化，形成“发夹式”双链DNA，导致对单链DNA有特异性剪切能力的核酸外切酶ExoⅠ(E.ColiexonucleaseⅠ)不能酶解结合了Hg2+发生异变的DNA。经过微流控电泳的分离及DNA的染色过程，因与Hg2+结合而保留下来的DNA与特定的荧光染料分子结合转化成为荧光信号输出从而被检测。基于微流控分析平台和核酸外切酶的这种汞离子检测方法显示了良好的灵敏度（检测限约15nM）和极好的选择性，不需要经过任何二次屏蔽，在输出信号上与同等浓度的Fe3+，Cd2+，pb2+，Cu2+，Ca2+等干扰离子相对比就具有＞20倍的差异。
(2)针对汞离子的环境毒性，本论文基于凝胶电泳和微流控电泳，以双链DNA外切酶ExoⅢ(E.ColiexonucleaseⅢ)为例，定性定量的分析研究了汞离子对该酶外切活性的抑制性影响。1μMHg2+可使0.02U/μL浓度的ExoⅢ的活性下降84.7％，并且该抑制能力与汞离子的浓度成线性正比，与ExoⅢ的浓度成反比。
(3)发展了一种基于纳米金比色反应的传感器检测单碱基错配。该方法的理论依据是结构特异性剪切酶S1nuclease对单碱基错配的区别能力，结合了脱氧单磷酸核苷酸（deoxynucleotidenucleosidemonophosphate，dNMP）与DNA稳定纳米金的能力不同，以及纳米金尺寸变化引发的光学效应。以16个碱基的DNA靶标为例，该检测器可以检测出多个位置和类型的碱基错配，并不需要严格的温度控制。该方法具有操作简单、反应迅速、结果直观肉眼可见、成本低廉的优势。
(4)在纳米金比色反应的基础上，研究了二硫苏糖醇(DTT)、氯化镁(MgCl2)对纳米金动力学稳定性的影响。本文结果显示DTT对纳米金稳定性的影响与大分子溶液对憎液溶胶体系的敏化作用和保护作用一致，即只有中等浓度的DTT可使纳米金严重聚集，较低浓度和较高浓度对纳米金仍然具有一定的稳定能力。另外，降低纳米金溶液的浓度可大幅降低DTT的干扰作用。而氯化镁作为一种无机盐，不出意料的诱导了纳米金的聚集作用，且随着浓度的增加呈现越加明显的聚集。
(5)发展了一种提高可卡因检测灵敏度的DNA传感器。基于具有特异功能性的DNA适配体，设计了一种三段式单链DNA探针组合，能够特异性的与可卡因分子结合自组装形成“Y”形结构的双链DNA。由于单链DNA稳定纳米金的能力强于双链DNA，结合纳米金优越的光学效应，能让存在可卡因的纳米金溶液显示颜色变化。该检测方法的检测限约为0.5μM，比两段式探针的灵敏度提高了4倍。