纳米生物材料作为纳米科技领域中的一个主要方面,其技术的进步和发展引领着生物医学、药物运输等领域的蓬勃发展。利用生物分子对纳米材料进行修饰,可以结合生物分子的识别能力与纳米材料的优良特性,构建出多种新型的功能性纳米材料探针,在生物传感、靶向治疗以及光电材料等方面具有重要的意义。纳米生物材料领域的关键问题之一是如何构建功能性纳米材料探针分子以充分利用生物分子(如:DNA、RNA以及蛋白质等)和纳米材料结合的优势。本论文旨在基于金属纳米颗粒构建探针分子用于核酸分子的检测。论文的研究内容包括以下四部分:1.单颗粒银纳米立方体探针的制备及其对早期肺癌标志物miRNA的实时检测MicroRNA作为肿瘤标志物,调控着很多细胞内过程。然而,由于其序列短、含量低等缺陷,很难开发简单、快速、廉价的检测方法。我们设计了巯基单链DNA (ssDNA)修饰的单颗粒银纳米立方体(AgNC)探针分子,并基于此探针分子构建了等离子体纳米生物传感器用于microRNA-21 (miR-21)的检测。我们首次通过原位实验成功地实时观测到核酸分子在单个AgNC表面杂交的过程。实验结果及时域有限差分方法(FDTD)仿真结果都表明了 AgNCs局域表面等离子体共振(LSPR)峰的红移是由于ssDNA分子与靶分子miR-21杂交引起AgNCs表面折射率(RI)增大的结果。随着靶分子miR-21浓度的增大,AgNCs的LSPR峰红移量增加,对靶分子miR-21的检测灵敏度可达到1fM。此外,通过FDTD仿真模型,成功的解释了反应的机理,每一个AgNC都可以作为一个纳米级传感探针用于早期肺癌标志物miR-21的检测。2.单颗粒金银核壳纳米立方体探针的制备及其对miRNA单分子水平的检测和逻辑门的构建在许多生物系统中,单分子水平的研究可以揭示分子间的相互作用、动力学以及构象的细微变化。目前用于单分子水平检测的可行方法通常需要荧光分子作标记,然而荧光探针容易发生光漂白等现象且信噪比较低。因此,我们设计了四面体结构的DNA (tsDNA)分子修饰的单颗粒金银核壳纳米立方体(Au@AgNC)探针分子,并基于此探针分子构建了“智能”等离子体纳米生物传感器用于单分子水平microRNA-21 (miR-21)以及核酸内切酶(KpnI和StuI)的检测。单个miR-21与tsDNA的杂交过程可引起Au@Ag NC的局域表面等离子体共振(LSPR)峰发生约0.4nm的红移。这种“智能”等离子体纳米生物传感器不仅可以实现对miR-21的超灵敏检测,检测动态范围从1 aM到1 nM,而且成功地执行了以miR-21、KpnI和StuI响应为模型的基于tsDNA的逻辑运算以及生物存储器。3.基于单层过渡金属二硫化物纳米片探针的制备及其对DNA的双元检测快速、灵敏的同时实现对多种靶分子的检测是基因表达和分子诊断领域的挑战性问题之一。针对这一问题,我们设计了基于单层过渡金属二硫化物(TMD,包括MoS2、TiS2和TaS2)纳米片的探针分子用于DNA分子的检测。利用TMD纳米片的高荧光猝灭能力以及对于染料分子标记的单链DNA (ssDNA)和双链DNA (dsDNA)不同的亲和力的特性构建的新型荧光传感平台。通过比较发现基于单层TaS2纳米片的DNA传感器对染料分子标记的ssDNA具有最高的猝灭效率(99%)和最低的检测限(0.05 nM)。重要的是,利用基于单层TaS2纳米片的DNA传感器首次实现了同时对靶分子H1N1和H5N1的检测。4.基于DNA为合成模板的银纳米簇探针的制备及其对DNA的双元检测与有机染料相比,金属纳米颗粒具有稳定性强、荧光强度高以及荧光寿命长等优点。我们进一步地设计了一种基于DNA为模板合成的荧光银纳米簇(AgNCs)的新型免标记的分子信标(MB)探针,用于DNA的双元检测。以两条不同的DNA序列为模板合成的发射光谱峰分别位于507 nm的绿光Ag NCs和597 nm的橙光Ag NCs作为荧光信号,可以实现廉价、免标记的对靶分子H1N1和H5N1的同时检测,检测限为25nM。