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铅离子是一种主要的环境污染源，对人体健康造成巨大的危害，因此迫切需要研发一种灵敏、简单、快速、定量的铅离子检测方法，这在环境保护、疾病预防和治疗方面具有重要意义。而传统的方法像分光光度法、原子光谱法、质谱法等往往需要昂贵的仪器，操作麻烦，费时耗力，需要专门的技术人员，难以满足现场快速检测的需要。近年来，试纸条生物传感器由于其操作简单、经济方便、检测迅速等优点得到了广泛关注，检测结果肉眼可见，与便携式读卡仪结合使用还能提供定量检测。荧光纳米颗粒由于其独特的物理、电子以及光学性质，在体内成像和体外传感方面具有广泛应用。分子逻辑门相当于分子水平上的计算机，通过二进制布尔运算自动调控反应体系。分子逻辑门在生物传感与识别以及智能化诊断引起了广泛的兴趣。本论文以试纸条为检测平台以及以荧光铜纳米颗粒为信号物质构建了两种铅离子生物传感器;以切割的或完整的核酸适体为分子识别元件构建了试纸条逻辑门和电化学逻辑门用于ATP和凝血酶的检测，具体包括以下四个方面的内容: (1)利用催化的DNA自组装首次构建了一种非酶信号扩增试纸条生物传感器用于铅离子的检测。铅离子切割8-17 DNAzyme底物链后释放的单链DNA可启动非酶信号扩增过程，其反应机理是DNA支点介导的链杂交、链迁移和链置换反应。与传统的酶介导的信号扩增技术相比，非酶信号扩增由于无需使用蛋白酶，而使整个检测过程更加简单、方便经济。以试纸条为检测平台，金纳米颗粒为指示剂，检测结果肉眼可见。检测区红色区域颜色强度与铅离子浓度呈正比，检测铅离子的线性范围是从10 pM到100 nM。检测限是10pM，比报道的没有信号扩增的试纸条生物传感器的灵敏度提高了至少1万倍，远远低于美国环境保护署规定的饮用水中最大允许量72 nM。该试纸条传感器具有很好的选择性，能用于环境水样的检测。 (2)首次以随机双链DNA为模板合成的荧光铜纳米颗粒作为一种新型的荧光指示剂构建了一种铅离子快速检测传感器。实验发现铅离子能淬灭荧光铜纳米颗粒的荧光，基于这一现象设计了一种铅离子快速检测方法。该传感器具有很好的选择性，常见的其他离子对检测不产生影响，其检测限为5nM，线性范围从5 nM到100nM。该方法的构建没有采用传统的铅离子依赖的特异性的8-17 DNAzyme或G-四聚体为分子识别元件，而是采用了随机双链DNA序列来检测，因而在序列设计上更加简单方便，大大节约了检测成本，更有利于常规分析。该荧光传感器可用于临床样本和环境样品的检测。 (3)以ATP和凝血酶切割成两段后的核酸适体为分子识别元件，以金纳米颗粒为示踪剂，以试纸条为检测平台，首次构建了一种试纸条逻辑门(OR和AND)。检测原理是配体介导的核酸适体的整合，检测结果直接肉眼可见。信号输入物质是ATP和凝血酶，0表示体系中没有反应物，1表示体系中存在反应物。信号输出是观察试纸条检测区是否出现红色区域，如果没有出现红线就用0表示，出现红线就用1表示。该逻辑门具有很好的选择性，可用于人血清实际样品分析。在OR逻辑门中，只要有一种物质输入，即可在试纸条检测区出现红线，信号输出为1;在AND逻辑门中，必须同时存在两种物质，才能得到输出信号1。该试纸条逻辑门有望在智能化临床诊断和现场监测发挥重要作用。 (4)以切割成两部分的或完整的ATP和凝血酶的核酸适体为分子识别元件，在分子水平上构建了一系列电子逻辑门，包括OR、AND、NOR和NAND。在OR和AND逻辑门中，分子识别元件是切割成两部分的核酸适体，检测原理是配体介导的核酸适体的结合;在NOR和NAND逻辑门中，分子识别元件是完整的核酸适体，检测原理是配体介导的核酸适体的构象改变。其信号输入ATP和凝血酶，信号输出为HRP催化H2O2氧化对苯二酚产生的电流。定义信号输入为ATP的浓度大于80μM以及凝血酶的浓度大于64 nM为1，小于这个数值定义为0。定义信号输出为电流大于0.4μA为1，小于这个电流值为0。因此可以通过调节ATP或凝血酶的浓度来控制逻辑运算。该电化学逻辑门具有很好的选择性，能用于人血清样品检测，同时该逻辑门具有很好的再生能力，可执行重置功能。我们不仅构建了一种灵活的检测平台用于小分子和蛋白的逻辑检测，通过改变相应核酸适体的序列，该电化学逻辑门还可用于其他配体的检测，像AMP、茶碱、可卡因等。