液晶(Liquid Crystal, LC)是介于固体和液体之间的一种特殊物质形态，由于具有独特的物理化学特性，近年来被作为敏感元件构建液晶生物传感器。液晶生物传感器的检测原理是建立在液晶具有双折射特性基础上，根据传感界面接触目标物前后，液晶分子在基底表面的取向排列发生变化，改变对光线的折射能力，导致光学图像信号的颜色和亮度发生变化，实现对目标分子的检测。相对于其它类型的检测技术，该传感器具有构造简单，低耗，易于实现微型化和阵列化等优点。目前液晶生物传感器主要用于分析监测蛋白质、大分子抗原-抗体、核酸等生物分子的相互作用，在小分子物质及金属离子的检测领域研究甚少。此外，已报道的液晶生物传感器灵敏度普遍偏低，难以满足现代分析检测的要求，因此扩展液晶生物传感器的应用领域，研发更灵敏、准确的新型液晶生物传感检测技术已成为新的研究方向。建立高性能液晶生物传感器的关键问题主要在于：构建良好的传感基底敏感膜，建立对目标分子的有效识别措施以及对识别事件的灵敏信号转换和信号增强。本文围绕这些问题，在提高液晶生物传感检测方法灵敏度和实现液晶生物传感对小分子物质灵敏检测等方面进行了初步探讨，主要研究内容如下：(1)基于AuNPs具有比表面积大、生物相容性好及表面负载量高的优良性能，将功能化的AuNPs作为信号放大手段与液晶生物传感技术相结合，提出了一种基于纳米金信号增强的高灵敏DNA液晶生物传感检测方法。首先采用N，N-二甲基-N-十八烷基-3-氨丙基三甲氧基甲硅烷基氯化铵（DMOAP）和3-氨丙基三甲氧基硅烷（APS）两种硅烷化试剂混合组装基底表面，提供无干扰背景和便于固定生物分子的敏感膜，然后在其表面固定捕获探针，当目标DNA分子存在时，一端可与捕获探针进行杂交，另一端则与纳米金标记的信号探针（DNA-AuNPs）杂交，将DNA-AuNPs结合于传感基底表面。由于纳米金表面可以固定大量信号探针，因此DNA-AuNPs的引入显著改变基底表面形貌，增强对液晶分子取向排列的影响，从而增强检测信号，提高灵敏度。该方法简单、灵敏、准确，可获得0.1pM的检出限。(2)以K-ras基因第12位密码子点突变（GGT突变为GTT）为模型，建立了基于滚环扩增信号放大的液晶生物传感方法检测单核苷酸多态性（SNP）。首先采用三乙氧基丁醛硅烷（TEA）和DMOAP混合修饰传感基底表面构建敏感膜，然后在其表面组装捕获探针，通过杂交反应将滚环扩增产物结合于传感基底表面。当目标物存在时，滚环扩增产物为一条长度可达几万个碱基，且具有大量重复序列的单链DNA，结合于传感基底表面能显著改变基底的表面形貌，扰乱液晶分子的有序排列，进而产生明显可辨的图像变化，达到检测目标物的目的。(3)由于低浓度的重金属离子对液晶的作用力非常弱，不足以扰乱液晶分子的垂直排列，因此研究检测重金属离子的液晶生物传感方法非常少。为了拓展液晶生物传感检测技术在重金属离子领域的应用，本章以汞离子为代表建立了一种灵敏度高，特异性好的非标记液晶生物传感方法检测重金属离子。该方法基于双链DNA能有效扰乱液晶分子的有序排列，及功能核酸对金属离子的高亲和力和高度特异性的结合原理，采用目标物诱导核酸分子构象发生变化增强对液晶分子有序排列的扰乱，达到信号放大的目的。当Hg2+存在时，基于“T-Hg2+-T”特异性结合作用，促使Hg2+特异核酸探针的发夹结构打开，打开的发夹型探针3′末端可与基底的捕获探针进行杂交反应，从而将双链结构的DNA引入传感基底表面，双链DNA能够显著扰乱液晶分子的有序排列，导致信号增强。该方法将对重金属离子的检测转换成对DNA分子杂交反应事件的检测，大大提高了对重金属离子的检测灵敏度，检出限可达0.1nM。(4)构建了基于裂开型核酸适体的非标记液晶生物传感方法检测三磷酸腺苷(ATP)。将ATP核酸适体分为两部分，其中一部分序列作为捕获探针固定在经TEA/DMOAP混合修饰的传感基底表面，当ATP存在时，裂开的两部分核酸适体在ATP的介导下形成双链结构，进而有效诱导液晶分子排列取向发生变化，引起光学信号的亮度及颜色发生变化，实现对ATP的检测，该方法在ATP的浓度为10nM时仍可观测到明显的光学信号变化。这种基于“适配体-目标分子-适配体”的“三明治”夹心式液晶生物传感方法具有无需标记，操作简单等特点，为建立小分子液晶生物传感检测方法提供了新思路。(5)根据竞争免疫反应的原理，以吲哚乙酸（IAA）小分子抗原为模型，研究了一种非标记、快速检测小分子抗原的新型液晶免疫传感方法。由于IAA为小分子抗原，分子尺寸效应小，对液晶分子作用力也非常小，因此对液晶分子的排列取向影响极小，而其抗体分子属于蛋白质类物质，分子尺寸大，对液晶分子排列取向的影响非常显著。因此，本章节首先将抗原固定在传感基底表面，通过竞争免疫反应将抗体结合至传感基底表面，改变基底表面形貌，进而引起液晶分子的排列取向发生改变，导致光学图像信号发生变化，实现对小分子抗原物质的检测。该方法灵敏度高、特异性好，当IAA浓度低至10-8M时，仍可观测到明显的光学信号变化。