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MicroRNA（miRNA）,是一种内源性、非编码的核糖核酸分子（约18-25个核苷酸长度）。它在细胞增殖、分化以及凋亡等多种生理学过程中发挥着重要作用。研究表明,由于miRNA的异常表达水平往往会导致疾病的发生,已被用作疾病诊断过程中的生物标志物。因此发展一种高灵敏方法用于miRNA的检测显得尤为重要。然而,由于miRNA在癌细胞中体积小、含量低等内在特性,对其进行灵敏性检测仍是是生物分析领域的一个重要的挑战。电致化学发光（electrogenerated chemiluminescence,ECL）分析法因其具有灵敏度高、背景信号低、动态响应范围宽、操作简便等众多优点而广泛应用于各种生物分子的检测。核酸扩增和纳米材料作为两种常见的信号放大策略,在生物传感器的构建过程中备受青睐。本论文研究工作旨在结合核酸扩增和功能化纳米材料信号放大策略构建级联放大的电致化学发光生物传感器,提高ECL分析法检测miRNA的灵敏度和选择性,该工作将为临床诊断等提供新思路,对生命科学的发展具有一定的参考价值。全文共分为三章,具体工作如下:第一章,首先介绍了生物传感器的基本原理及其组成;其次概述了电致化学发光分析法的原理和特点;总结了核酸信号扩增技术和纳米材料信号放大策略在生物传感中的应用;最后阐明了本论文的研究内容及意义。第二章,基于等温链置换聚合酶反应（isothermal strand-displacement polymerase reaction,ISDPR）和bridge-DNA-AuNP纳米复合材料信号放大策略,建立了一种超灵敏、高选择性检测miRNA-21的ECL生物传感新方法。该方法首先制备了bridge-DNA-AuNPs纳米复合物作为一级信号放大单元。同时,在phi-29 DNA polymerase的作用下,通过ISDPR产生assistant DNA片段并置换出miRNA-21,这一释放的miRNA-21能够诱导下一个新的ISDPR循环,经过多次循环之后,利用少量的miRNA-21产生大量的assistant DNA片段,从而进一步放大检测的灵敏度,该过程可视为二级信号放大单元。Assistant DNA片段先与固定在金电极表面的巯基捕获探针（SH-CP）杂交进一步与bridge-DNA-AuNPs纳米复合物杂交,最后通过生物素与亲和素之间的特异性将ECL探针SA-Ru结合到bridge-DNA-AuNPs纳米复合物上,电化学激发后产生一个强的ECL响应信号。该传感器的电化学发光强度与miRNA-21的浓度在0.01-10000 fM之间内呈良好的线性关系,检出限为3.2 aM。第三章,基于粘性末端介导的链置换反应（toehold-mediated strand displacement reaction,TSDR）和催化发夹自组装（target-catalyzed hairpin assembly,CHA）两种核酸扩增策略,建立了一种检测miRNA-21的无酶双信号放大ECL生物传感新方法。该方法利用金属有机骨架（metal-organic frameworks,MOFs）作为包裹电化学发光信号物质Ru（bpy）32+的载体,合成了一种新型ECL信号标记物Ru@MIL-101（Al）-NH2。在目标物miRNA-21的存在下,能够引发TSDR循环反应并释放出大量的报告链（RS）。释放的RS与组装在金电极表面的发夹探针（hairpin probe 1,H1）杂交进行CHA信号放大。最后通过打开的发夹探针（hairpin probe 2,H2）与电致化学发光探针DNA-Ru@MIL-101（Al）-NH2杂交形成类似的DNA夹心结构,施加电压产生一个增强的电化学发光响应信号。ECL强度与miRNA-21浓度在10 fM-10 nM的范围内呈良好的线性关系,检出限可达4 fM。该方法具有良好的重现性、稳定性及选择性,可用于人体乳腺癌细胞中miRNA的检测。