核酸适体电化学传感器兼具适体和生物传感器的特性,以末端修饰了信号分子的适体为识别探针的电化学传感器具有快速、低廉、易操作、高特异性、高选择性、灵敏可靠等优点,是食品安全分析检测研究领域的前沿及发展方向,具有重要的研究意义和广阔的应用潜力。针对传统核酸适体电化学传感器中普遍存在的灵敏度低、响应速度慢的缺点,本论文以合理设计双链核酸适体探针结构的思路为出发点,探究解决问题的新方案。论文借助“协同效应”概念,设计了链置换反应下对目标分子可卡因进行快速识别的双链协同核酸适体探针。在“协同效应”的基础上延伸出协同夹心识别的可卡因核酸适体探针。以设计的新型核酸适体探针为基础,构建快速、高灵敏、高选择性、高特异性的新型核酸适体电化学传感器用于对目标分子可卡因的定量分析。论文的主要研究内容和结果如下:(1)置换型双链协同可卡因核酸适体电化学传感器的设计与应用。论文第二部分工作详细探究了双链协同核酸适体探针的结构(互补链的长度及位置)对置换型可卡因核酸适体电化学传感器的检测性能影响。研究结果发现,互补链与核酸适体探针底部额外增加的碱基进行互补的结构,降低了适体与目标分子可卡因结合的空间位阻,使得目标分子能够快速解开双链并发生链置换反应,有效的提高了电化学传感器的响应速度。随着互补长度的减少(5+7,5+6,5+5个碱基对),传感界面产生的背景抑制减弱,对目标分子可卡因的响应信号增强,响应时间依次减少。然而,再减少互补链的长度(5+4个碱基对),由于双链协同结构的结合程度太弱,使得传感界面对目标分子可卡因产生的响应信号也减少。在上述研究结果的基础上,实验设计了互补长度为“5+5”个碱基对的双链协同可卡因核酸适体电化学传感器,并进而探究了互补链的浓度、测试缓冲溶液中盐离子的浓度以及方波伏安测试频率对传感器信号增益的影响。该传感器在最优实验条件下的检测性能:传感器对目标分子可卡因的响应时间为2分钟,传感器用于可卡因定量分析的线性方程为Y=1.5821C(/μM)+2.6336(R~2=0.9934),线性范围为100倍(0.5~50μM)。在复杂混合物中传感器对目标分子具有特异性识别功能,并在实际样品中测得的加标回收率高达96%以上。实验结果充分表明,双链协同可卡因核酸适体电化学传感器的设计方案能够有效提高适体传感器的灵敏度和响应速度,并对实际样品中可卡因的检测具有准确性。(2)协同夹心识别可卡因核酸适体电化学传感器的设计与应用。论文第三部分提出一种新的协同夹心型可卡因核酸适体探针结构的设计方案,将原可卡因核酸适体链切割成两段,再在两段的末端分别复制各自的一部分碱基,形成两条新的核酸适体链。由于可卡因核酸适体独有的构象,将一条链固定于电极表面,另一条游离于溶液中,两条链结合传感器界面会产生极低的背景抑制,在加入目标分子可卡因后形成协同稳定的发夹构象,产生较高的信号增益,传感器的信号灵敏度增强。在此研究结果的基础上,进一步探究了协同互补链的浓度、方波伏安测试频率以及测试缓冲溶液中盐离子的浓度对传感器信号灵敏度的影响。该传感器在最优实验条件下的检测性能:传感器用于可卡因定量分析的线性方程为Y=0.3359C(/nM)+21.75(R~2=0.9968),对可卡因检测的线性范围为5 nM~7.5μM。在复杂混合物中传感器对目标分子具有特异性识别功能,并在实际样品中测得的加标回收率高达96%以上。实验结果充分表明,协同夹心识别可卡因核酸适体电化学传感器的设计方案能够有效提高适体传感器的灵敏度,并对实际样品中可卡因的检测具有准确性。