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疾病的早期诊断在临床医学中有着重要的意义。因此，发展高效、可靠、廉价的检测方法用于疾病的监测是非常必要的。纳米生物传感器由于其独特性质为以生物分子识别为基础的疾病诊断开辟了新的道路。以核酸为基础的基因序列的分析为传染病、病原体、癌症以及基因突变的高灵敏定量诊断提供了简单高效的方法。分子逻辑门也被用于多种疾病的同时诊断。将核酸与纳米生物传感器结合显著提高传感器分析性能的同时也促进了疾病早期检测诊断新技术的发展。 本论文设计了一系列基于核酸的生物纳米传感器并将其应用于疾病诊断体系或分子逻辑门的构建，探索了其构建的体系在疾病诊断领域的效果，评价其在解决生物领域问题的表现。取得的成果概括如下： 1.成功利用DNA-银纳米簇与DNA适配体设计了一个既简便又通用的体系用于隐形指纹的和外源性物质可视化，同时还可以进行外源性物质的比例荧光定量检测。该方法操作简单，成本低廉。银纳米簇的发射可由附近的DNA序列调控，从而得到多色的隐形指纹荧光图像，且获得的图像可以直接用裸眼观察到，隐形指纹的细节也可以被荧光显微镜直接记录，多个组分也可以同时被鉴定。此外，即使分析物发生变化，探针也不需要重新进行合成或功能化。由于DNA适配体的多样性，我们的体系可以作为分析指纹中拥有DNA适配体的分子的通用平台。 2.设计了一个小RNA驱动的DNA机器用于直接可视化细胞内及活体中较低浓度的小RNA。我们使用MnO2NS作为可降解的载体用于将DNA机器运载到细胞内。这一MnO2运载DNA的探针能够在肿瘤组织聚集，从而实现活体中小RNA的原位监测。对比非催化检测，该体系具有很高的选择性和低至0.36 pM的检测限。而且，该体系表现出良好的生物兼容性，使其能够应用于细胞成像及动物成像。最后，该体系实现了原位检测动物肿瘤组织低浓度的miR-21。 3.基于不同细胞表面细微的物理化学性质差异，利用多个DNA-MnO2探针构建了用于细胞特征识别的探针阵列。与DNA适配体相比，这种随机构建的DNA探针具有不同的组成和长度，特异性更低。MnO2可以被细胞内的还原剂溶解，使得被淬灭的荧光恢复，从而无需对细胞进行洗涤。荧光数据使用流式细胞仪记录，再通过数学方法进行分析，流程全部自动化，操作简单。该体系不仅区分了8种不同种类的细胞，也成功对未分类的细胞进行分类。由于DNA作为非特异性配体的普适性，该体系也可用于其它识别未分类的待测样品。 4.利用DNA-上转换纳米粒子构建了基于上转换荧光输出的多值的逻辑门。通过充分利用系统中上转换纳米粒子的多重发射，并对输入和输出信号指定了两种以上的状态，实现多值逻辑，增加了信息密度。可对DNA序列进行改版而不影响双链结构，输出信号可以使用荧光光谱法进行检测。此外，由于上转换纳米粒子的多样性，更多种类的多值逻辑操作可以被设计出。