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DNA四链体包括G-四链体和i-motif,是一种特殊的四螺旋结构，能够参与到人体的许多具有重要生理功能的过程中，同时它具有结构的多态性，可通过DNA序列和外界环境的改变设计、调控和组装其结构。因此，DNA四链体在生物医药、纳米技术等领域具有重要的作用。尤其是DNA四链体纳米级精度的尺寸和对金属离子的特异性响应，使得DNA四链体在构建纳米器件方面受到了人们极大的关注。菁染料能够高灵敏、高特异性的识别特定结构的DNA四链体。根据上述性能，本文利用i-motif、 G-四链体、菁染料以及不同的金属离子构建了新型的DNA逻辑门及系列检测探针。主要研究结果如下: 1.基于菁染料DMSB识别i-motif结构，构建了两种DNA逻辑门:目前DNA四链体逻辑门的构建多是基于G-四链体与其互补序列的配对作用，通常需要复杂的设计及精确的调控。我们基于i-motif结构对Ag+和pH的敏感性和菁染料DMSB对i-motif结构的特异识别性能，以H+、Ag+或者I-、Ag+为输入信号，以菁染料DMSB的荧光强度为输出信号，设计构筑了两种逻辑门体系:OR和INHIBIT逻辑门。这是首次单独利用i-motif构建的逻辑门,不需要互补序列，容易制备和控制，为基于DNA结构设计逻辑门提供了新的思路。该部分工作已经在《Chem.Commun.》上发表。 2.基于i-motif结构的构型变化，设计了两种不同的检测探针:1）基于Ag+对i-motif结构的诱导效应及菁染料DMSB对i-motif结构的特异识别，设计了一款高特异检测Ag+的新型探针。该探针不受其他类型金属离子及浓度的影响，与其他的金属离子相比，该探针对Ag+的特异性可高达16000倍，为目前报道最优特异性能。该探针经证实可用于真实水体系中Ag+的检测，具有很好的应用价值。该工作不仅为Ag+检测方法的设计提供了一种新的思路，也为i-motif的应用拓展了一个新的方向。该部分工作已经在《Anal.Chim.Acta》上发表，申请发明专利1项;2）基于i-motif对pH的敏感性及不同i-motif结构对pH响应范围的差异性，通过组合不同DNA序列构建了一款新型的pH检测探针。该检测探针操作简单、无需对DNA进行标记，而且灵敏度可达0.2 pH，同时检测范围在5.8-7.6，能够满足生物体细胞的pH检测。该部分工作已整理文章。 3.以G-四链体为模板，构建了可逆调控菁染料超分子手性的体系:基于DNA四链体对金属离子的敏感性及菁染料与G-四链体的高亲和性作用，我们创新提出以DNA四链体为模板诱导菁染料超分子的手性，并通过调控G-四链体的结构变化实现对菁染料手性的可逆调控。与传统以双链DNA为模板诱导超分子手性的方式相比，本方法更容易设计及可控调节，并且能够实现多次可逆循环操作。该部分工作不仅对进一步发展新型、能灵活调控超分子手性的生物模板设计具有重要的意义，而且也为G-四链体的应用提供了一个新的思路。该部分工作已被《Chem.Commun.》接收。 4.基于菁染料MTC聚集体对G-四链体结构的识别，设计了一款比色、偏光双模式半胱氨酸检测探针:利用半胱氨酸络合Ag+诱导G-四链体结构的构型变化及菁染料聚集体的转变，从而使菁染料的吸光度和CD光谱信号发生明显转变，由此设计了一种新型比色及偏光双模式的半胱氨酸检测探针。此探针不会受其他氨基酸的影响，具有较高的特异性，显示了良好的应用前景。该部分工作已整理文章。