功能化核酸分子和纳米材料的发展为以分子识别为基础的化学生物传感设计提供了新的材料和手段。通过设计和筛选，功能化核酸分子可以实现对不同检测对象选择性分子识别，而纳米材料则作为分子识别平台，促进和实现检测信号转导。功能化核酸分子和纳米材料相结合应用于生物传感体系设计，可以提高分子识别的效力，产生并放大检测信号，有助于分析方法和检测体系进一步应用于活体分析和疾病诊疗。但是在目前的相关研究和应用中，存在纳米颗粒表面修饰过程繁琐，核酸探针分子的设计合成复杂以及检测信号方式单一等问题。　　 为了解决上述问题，本论文重点集中在金纳米颗粒和核酸分子的非共价相互作用研究及应用。核苷酸碱基和金纳米颗粒表面金原子之间的强配位作用，导致含有较多碱基的寡聚核苷酸链与金纳米颗粒间存在强的非共价相互作用。单链DNA与碱基杂交的复杂结构核酸链相比，更倾向吸附于金纳米颗粒表面。这种差异可以通过金纳米颗粒在较高浓度的盐溶液中聚集状态和金纳米颗粒的荧光猝灭作用的变化表现出来。而一些分析对象可以改变核酸探针分子的结构和杂交状态，影响核酸分子与金纳米颗粒之间的相互作用及相应的光学性质，因此可以利用金纳米颗粒的颜色或荧光变化实现对分析对象的分析和检测。本文的研究内容如下：　　 1.金纳米颗粒比色法检测水溶液中汞离子。Hg2+与含有T-T错配的核酸序列发生配位作用，可以稳定DNA双螺旋结构。实验设计中，在加入T-T碱基错配的单链DNA的金纳米颗粒溶液中，如果不含有Hg2+，单链DNA探针可以吸附于金纳米颗粒表面，增大纳米颗粒在高浓度的盐溶液中的分散稳定性。而溶液中存在Hg2+将导致DNA探针杂交，减弱与金纳米颗粒的作用；在高浓度的盐溶液巾，纳米颗粒发生聚集，引起溶液颜色和吸收光谱的变化，从而实现水溶液中Hg2+的快速和灵敏检测。　　 2.基于核酸三链的银离子比色检测。在中性缓冲溶液中，一些三链DNA不能稳定存在，而Ag+可以与三链DNA结构中的碱基发生配位作用，稳定三螺旋结构。三链DNA与金纳米颗粒的吸附作用较弱，纳米颗粒在溶液增加离子强度后很快发生聚集，引起溶液颜色和吸收光谱的变化，Ag+的浓度可以通过溶液颜色和吸光度的变化定量检测。　　 3.基于金纳米颗粒荧光猝灭作用的汞离子检测。金纳米颗粒对荧光分子具有较强的荧光猝灭功能。由于核酸与金纳米颗粒的吸附作用，金纳米颗粒有效猝灭标记于单链DNA链上的荧光分子，而对于双链DNA上标记荧光分子的猝灭效果不明显。据此，我们设计了荧光分子标记的核酸探针用于水溶液中Hg2+的比色和荧光检测。随着溶液中Hg2+浓度增加，一方面纳米颗粒发生聚集，引起溶液颜色和吸收光谱变化；另一方面，金纳米颗粒对荧光分子的猝灭作用减弱，荧光强度随溶液中Hg2+浓度的升高而增大。　　 4.基于金纳米颗粒的核酸连接酶活性荧光检测。在互补的模板核酸存在下，DNA连接酶可以催化两条单链DNA底物间的连接反应，增大其与模板核酸分子的杂交作用力。在实验中，随着连接酶活性的增大，荧光分子标记的DNA探针在发生连接反应后形成的双链DNA逐渐增多，而金纳米颗粒的荧光猝灭作用减弱。溶液中DNA连接酶的活性可以通过荧光强度定量表征。　　 5.基于金纳米颗粒荧光猝灭和连接酶反应的核酸单碱基多态性分析。基于金纳米颗粒的荧光猝灭作用和核酸连接反应，实现了核酸单碱基多态性的荧光检测。DNA连接酶具有很好的单碱基错配识别能力，当连接反应的互补序列存在碱基错配时，催化效率降低，导致单链DNA探针被金纳米颗粒吸附，荧光猝灭。此方法对于单碱基错配有很好选择性，有望应用于碱基多态性的高通量筛选。