以DNA为模板合成的荧光银纳米簇（DNA-Ag NC）是一类性能优秀的发光探针，已被广泛应用于传感与成像领域.目前大多数定量方法都是基于目标物结合带来的直接的银纳米簇发光强度的变化，因此，分析方法的重现性将不可避免地受实验场地或测定条件变化的影响.本工作中，采用以G-四链体为模板的银纳米簇（GQ-Ag NC）与菁染料Cyanine5（Cy5）为能量供-受体对，发展了基于荧光共振能量转移（FRET）机理的miRNA比率测定方法.其中，Cy5标签具有通用性，简化了实际应用中的实验设计，降低了试剂成本.针对miRNA let-7a的方法，检测动态范围为12~300 nmol/L，检测限为6.9 nmol/L，且可以将let-7a与let-7家族中的其他miRNA区分.HepG2细胞的总RNA提取物加标回收结果表明该方法具有应用于临床样本测试的潜力.本研究工作拓展了DNA-Ag NC的应用，并有助于加深在FRET设计中以DNA-Ag NC为供体进行分析应用的进一步理解.

MicroRNA（miRNA）可用于癌症的早期诊断、预后判断，其分析检测具有重要临床意义.结直肠癌的发生、发展与miRNA 21、miRNA 92等的异常表达明显相关.本研究设计了以poly（dT）_n为引导链的DNA探针（probe）并尝试使用α-溶血素（α-HL）纳米孔道单分子检测方法检测结直肠癌miRNAs.miRNA·probe复合物分子穿过α-HL纳米孔道限域空间时，由于probe链长、序列不同导致probe-α-HL相互作用不同，miRNA 92·probe 92、miRNA 21·probe 21、miRNA 16·probe 16输出为形态、阻断时间不同的多台阶特征信号，实现了三种miRNAs的有效区分.实验证明，此方法可以用于检测血清实际样品.因此，未来有望使用α-HL构建miRNA超灵敏单分子生物传感器.

稳态循环伏安法具有简单、快速判别电极性能和估算电极尺寸的特性，因而被广泛应用于超微电极的表征.但纳米电极由于尺寸极小，其表面形貌的细微变化对电化学行为有明显的扰动，从而影响纳米电极表征的准确性.结合电化学实验和有限元模拟，探讨了纳米电极尺寸、绝缘层半径和电极半径之和与电极半径之比（RG）和尖端孔道对稳态电流的影响.研究表明尺寸较小（r ≤ 80 nm）的纳米圆盘电极，由于反应速率相对扩散较慢，电极反应过程受动力学效应控制，使稳态电流曲线偏离半球形扩散控制的标准"S"型.此外RG值较小的纳米圆盘电极，物质到电极的传递被增强，使极限电流值增大.我们对内嵌式纳米电极进行了进一步研究，并发现电极尖端孔道阻碍了电活性物质的扩散，削弱了动力学的限制，使极限电流值低于同尺度的纳米圆盘电极，伏安电流曲线呈现标准的"S"型.本研究系统地探讨了电极尖端形貌与稳态电流的相互关系，加深了对纳米电极电化学行为的理解.

电化学传感器在用于细胞实时监测过程中，电极界面污染严重影响其检测性能.通过将纳米光催化剂与电化学传感材料复合，构建光致清洁电化学传感器，为电极界面的高效及无损更新提供了新思路.然而光催化产生的活性氧自由基导致细胞损伤，限制了细胞培养及检测过程中电极界面的实时更新.为此，我们在PEDOT@CdS/TiO₂/ITO可见光致更新电极表面旋涂明胶薄层，在保持电极良好的光致清洁和电化学传感性能同时，利用明胶薄层阻碍光催化产生的活性氧自由基扩散至细胞表面，显著降低了细胞损伤.此外，明胶优良的生物相容性有利于细胞的黏附及增殖.利用该电极，我们实现了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）培养过程中，电极的在线更新以及细胞释放一氧化氮的实时监测.

基于光学显微术的单粒子传感技术是一种将光学显微镜等具有空间分辨能力的研究工具应用于分析传感领域的检测技术.该技术将单个纳米粒子视作一个完整的纳米传感器，分子识别和信号转换均在单个纳米粒子界面上完成，信号读取则通过不同种类的光学显微镜来实现.与宏观的纳米传感器相比，单粒子传感技术通过对单个纳米粒子的光学特征信号进行测量、计数和追踪，可以获得局域微区内分析物的定性和定量信息，从而具有高灵敏度、高通量和可用于微观复杂体系的动态检测等显著优点.首先简要回顾了单粒子光学传感技术的发展历史和国内外研究现状，随后介绍了其主要技术特点，并重点综述了该领域近五年内的重要研究成果.最后指出通过纳米探针、光学成像技术和多维数据处理等多方面的持续发展，可进一步提高单粒子光学传感器的性能，有望使其在分析科学、生命科学和材料科学等诸多领域获得更加广泛和深入的应用.

核酸，包括脱氧核糖核酸和核糖核酸，在生物的生长、发育、突变、炎症、癌症等正常或异常的生命活动中发挥着重要的作用，它们的异常表达与多种疾病的发生、发展也密切相关.因此，发展准确、有效的方法实现核酸分子的检测，对深入探究核酸的功能调控以及相关疾病的早期检测与治疗都具有重要的意义.荧光检测法与荧光成像技术具有灵敏度高、时空分辨率高等优点，为实时、准确的检测核酸分子提供了有力的工具.本文着重综述了近年来发展的纳米荧光探针用于疾病相关核酸分子的检测与细胞和活体成像工作的研究进展，最后提出了进一步构建新型纳米荧光探针用于核酸检测面临的挑战、未来发展方向与展望.

细胞定向行为在皮肤、骨骼等修复和再生中起着非常重要的作用.本文首次采用交流阻抗传感技术实时监测人真皮成纤维细胞（HFF）和人永生化表皮细胞（HaCaT）在纳米沟槽（宽度：200 nm，周期：400 nm，深度：70 nm）上的定向行为.结果表明，HFF细胞在纳米沟槽上先进行定向排列，再发生胞体的延长；HaCaT细胞无定向行为的产生，其粘附和铺展得到了延缓.与平面电极相比，HFF细胞在纳米沟槽上产生的交流阻抗信号（NI值）更大，前期定向排列比后期胞体延长引起的NI值变化更显著，且NI值与定向排列的细胞百分比之间存在着良好的线性关系；HaCaT细胞在纳米沟槽上的NI值更小，且粘附比铺展过程对NI值变化的影响更大.本文的研究将为复合型细胞传感器的发展提供思路和支持.

贵金属纳米材料具有显著的局域表面等离子体共振（LSPR）效应，可有效地将共振光子限域在金属表面.随着多种形貌贵金属纳米材料的可控合成及其功能化表面化学技术的日臻成熟，贵金属纳米材料已被广泛应用于生物标记、传感成像、分析分离及生物医学领域.从贵金属纳米等离子体材料的性质出发，综述局域表面等离子体共振材料在传感及细胞成像中的最新进展，并对基于局域表面等离子体共振材料的纳米光子学传感器未来发展前景做出展望.

提出了一种基于单颗粒光谱技术，能够高灵敏检测汞离子的新方法，原理是基于汞离子诱导的纳米金自组装过程.在两种不同大小的纳米金表面分别修饰两段富含T碱基的DNA序列，当Hg²⁺存在时，两段DNA序列自发形成双链结构，导致小金球能够在大金球表面自组装成核-卫星纳米金结构，这一过程伴随着纳米颗粒散射光颜色和散射峰位置的变化，变化的程度与Hg²⁺浓度具有相关性，依托单颗粒光谱技术极高的检测灵敏度，该方法可以实现pmol/L级的检测.

光学传感器是一种利用光把介质与目标分子的相互作用转换为光信号的装置.光学干涉是光学传感器中常用的技术，具有无需标记、无破坏性、响应迅速等优点.在光学传感器中光的干涉主要源于从单层薄膜上下表面反射的光或者从多层薄膜各个界面处反射的光.由于纳米多孔薄膜具有较高的比表面积，将其应用于传感器中能够提高传感器的灵敏度、降低检测限.常见的薄膜类型主要有单层、双层、多层（光子晶体）等.本文综述了多孔硅、阳极氧化铝、二氧化钛、金属有机骨架等纳米多孔薄膜材料的光学干涉在传感器中的应用，并对其进行了展望.

乙酰胆碱酯酶（AChE）是普遍存在于周围神经系统中的一种关键酶，可特异性催化底物乙酰胆碱发生水解反应，产生胆碱和醋酸盐，这一过程与阿尔兹海默症和炎症过程等相关疾病有着密切的关系.在本研究中通过硫代胆碱（TCh）与Cu（Ⅱ）反应合成了一种铜-巯基配位聚合物[命名为TCh-Cu（Ⅱ）CP]，并发现该聚合物具有独特的电催化活性，基于此构建了一种用于AChE活性检测和抑制剂筛选的新型电化学生物传感平台.结果表明，该聚合物修饰在电极表面后可以催化邻苯二胺产生明显的电化学信号，信号强度与AChE浓度在0.05至100 mU·mL^-1范围内具有良好的线性关系，检出限为0.03 mU·mL^-1（S/N=3），通过该方法还实现了AChE抑制剂的筛选.和传统的检测方法相比，该传感方法具有制备简单、选择性高和灵敏度高等特点.

传感器作为现代智能工业的核心部件之一，凭借其优良的性能，越来越受到关注.本文总结了热电材料在传感器应用方面的研究成果，特别是硅基、碳基、铅基、碲基、贵金属类、有机类以及催化类的热电材料对传感器高灵敏度、高响应值、高稳定性等方面的影响.已有研究表明，通过在微米纳米尺度合成及加工所形成的低维微纳结构的热电材料，能够获得高ZT值和更高的热电性能.这一特性与传感器微型化方向发展一致.低维微纳结构的热电材料未来必将能够拓展传感器的特性和适用领域，促进传感器朝着高精尖模式的发展.

蛋白质因其多样性和功能性，是生物体内一类非常重要的分子.通常蛋白质的表征需要借助荧光或者酶的标记.而纳米孔技术，得益于免标记、单分子检测等优势，为蛋白质的表征提供了新方向.我们使用固态纳米孔完成了单个蛋白质分子及蛋白质-蛋白质结合物的检测.可以发现，外部电压和电解质溶液的酸碱度会直接影响蛋白质分子表面带电量，从而加快或延迟其在孔内的易位时间.抗原、抗体本质上都是蛋白质，两者之间具有高度特异性.通过比较抗体溶液在添加特异性抗原前后的易位事件，实现了单个蛋白质分子和蛋白质-蛋白质结合物的区分.未来，纳米孔技术有望应用于多蛋白质分子的辨识、蛋白质分子相互作用机制等方面的研究.