核酸分子探针由于具有结构可变,合成简单和易于修饰等特点,被广泛应用于酶、蛋白质、生物小分子、金属离子、核酸以及细胞等生物分析物的检测,已经发展成为生物分析领域中不可或缺的一种研究工具。基于核酸分子探针发展起来的核酸信号放大策略不仅为检测低丰度的物质提供了重要平台,而且还大大提高了核酸分子探针检测的灵敏度,这对于生物医学研究,分子诊断和药物基因组学至关重要。近年来,纳米技术的发展越来越迅猛且备受瞩目,将纳米材料与核酸分子探针相结合,可以提高核酸分子探针检测的稳定性,促进核酸分子探针在复杂生物环境中的应用。本论文以核酸分子探针为研究基础,同时结合核酸信号放大技术或纳米材料,建立了操作简单、灵敏度高和特异性强的方法检测酶和microRNAs。具体工作内容如下:（1）DNA 3’-磷酸酶的活性已被证明与多种人类疾病密切相关,它在修复DNA损伤中起关键作用。我们基于核酸外切酶III（Exo III）辅助的串联循环放大反应发展了一种简单、灵敏的荧光方法检测DNA 3’-磷酸酶活性。生物素修饰的发夹DNA1与链霉亲和素修饰的磁珠（MB）特异性地结合以获得MB-DNA1复合物。DNA 3’-磷酸酶将发卡DNA1 3’末端的磷酸基团水解成羟基,从而导致“聚合-切刻”反应的发生,并获得引发探针tDNA1。发卡DNA2,短链探针FP和引发探针tDNA1在Exo III的存在下发生酶辅助串联循环放大反应,导致发卡DNA2和探针FP上标记的荧光基团与淬灭基团分离,体系荧光信号得到恢复,从而实现对DNA 3’-磷酸酶活性的检测。该方法已经成功用于检测T4多核苷酸激酶（T4 PNK）和碱性磷酸酶（ALP）这两个典型的DNA 3’-磷酸酶。（2）端粒酶在超过85%的癌细胞中高度表达,被认为是早期癌症诊断和疾病预后的生物标志物。我们基于催化发卡自组装循环放大反应发展了一种简单、灵敏的荧光方法检测端粒酶活性。成功制备磁珠-DNA复合物后,固定在磁珠上的端粒酶特异性探针在端粒酶的作用下发生（TTAGGG）_n重复片段的延伸反应,从而将引物探针tDNA置换下来,使得修饰在探针tDNA上的荧光基团的荧光信号得到恢复。磁分离后,引物探针tDNA可以催化发卡探针HP1与HP2发生自组装反应,导致发卡探针HP1与HP2上修饰的荧光基团与淬灭基团分离,荧光信号得到进一步叠加。释放出的tDNA再次引发反应,形成循环,实现荧光信号的放大。该方法已经成功用于检测HeLa细胞与HepG2细胞提取液中端粒酶的活性。（3）脱氧核酶（DNAzyme）具有催化活性高、稳定性好和易于修饰等特点,适用于活细胞内低丰度目标物的检测。二氧化锰（MnO₂）纳米片是一种具有多重功能的二维纳米材料。我们以MnO₂纳米片作为载体,设计了一种比率型Mn²⁺-DNAzyme探针用于活细胞中microRNA-155的成像。MnO₂纳米片可以淬灭探针上荧光基团的荧光信号。当MnO₂纳米片负载探针被细胞摄取后,细胞内的谷胱甘肽（GSH）可以将MnO₂纳米片还原成Mn²⁺,并且释放探针,使探针的荧光信号恢复。生成的Mn²⁺作为Mn²⁺-DNAzyme探针的有效辅助因子可以激活探针的催化活性,经过切割反应后与细胞内的microRNA-155作用。根据反应前后荧光信号的变化实现HeLa细胞与HepG2细胞中microRNA-155的成像。（4）端粒酶和microRNA是与肿瘤密切相关的生物标志物。同时检测两个肿瘤标志物可以提高早期癌症诊断的准确性和可靠性。基于荧光共振能量转移（FRET）机理,我们分别设计了两个用于检测端粒酶和microRNA-21的DNA探针。探针与明胶之间可以通过静电相互作用形成包裹DNA探针的明胶纳米颗粒。在明胶纳米颗粒表面合成转铁蛋白（TrF）分子印迹涂层,使纳米颗粒通过靶向作用内吞进入细胞。进入细胞后,明胶纳米颗粒在酸性溶酶体中降解,释放的DNA探针与端粒酶和microRNA-21分别反应导致荧光信号的改变,最终在HeLa细胞和HepG2细胞中实现端粒酶和microRNA-21的同时成像。