从20世纪60年代Clark和Lyon提出生物传感器的设想开始，生物传感器的发展距今已有几十年的历史了。生物传感器与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科共同处在生命科学和信息科学的交叉领域，又因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、在复杂体系中能连续监测的特点，在近几十年获得了蓬勃而迅速的发展。凭借高度自动化、微型化与集成化，使生物传感器在各个领域都有应用的需求，尤其在生物医学研究、食品质量安全、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物标志物的检测等众多领域有着广阔的应用前景。
随着信息技术的发展，生物传感器已不再局限于生物反应的电化学过程，而是根据生物学反应中产生的各种信息（如光效应、热效应、场效应和质量变化等）来设计各种精密探测装置，形成了光纤、压电晶体、表面离子体共振、半导体、纳米等器件与酶、抗原、抗体、核酸、细胞、天然受体或合成受体等生物元件组成的各种生物传感器类型。随着材料科学的快速发展，应用于生物传感器的材料尺寸越来越小，纳米技术引入生物传感器领域后，加速了与生物学、医学、信息学等学科相关的各类新型生物传感器的发展，这给当前生物传感器的研究提供了前所未有的发展机遇。近年来，随着生物技术的极大发展，人们对“功能核酸”也有了更加深刻的认识，它是一类可替代传统蛋白酶及抗体、具有独立结构、执行特定生物功能的核酸分子的统称，包括适配体、切割核酶、错配核酶、三链核酸、人工核酸、四链核酸、发光核酸、探针、引物、核酸纳米材料、核酸金属复合物等，且由于本身是核酸，易于编辑、裁减和修饰。通过对不同功能核酸的裁减、融合、修饰或将具有丰富功能的核酸与新兴纳米材料相结合，催生出具有更多复合传感功能的“功能核酸生物传感器”，极大的丰富了生物传感器的种类，推动了生物传感器学科的发展。与传统方法相比，它具有快速、灵敏、操作简单、特异性强、适合于即时监测（POCT）等特点，在基因诊断、食品安全、环境监控、药物研究等领域显示出极强的应用性。
自DNA被开发为纳米级的自组装材料以来，凭借其可调节的多功能性、便利的可编程性、精确的分子识别能力、高通用性以及优越的生物相容性和生物降解性连接了生命科学和材料科学两大领域。受益于DNA纳米材料的结构特性，以功能核酸作为构建单元，经交联、自组装形成的功能核酸DNA水凝胶已成为新型材料领域的研究热点。基于此，对功能核酸DNA水凝胶所具有的主要理化特性进行了总结，并进一步综述了近年来功能核酸DNA水凝胶在药物递送与靶向治疗、生物传感、三维组织构建等生物医学、分子检测及环境工程等领域中的应用进展。最后，从生命科学和材料科学的角度总结了在设计与搭建功能核酸DNA水凝胶时应考虑的关键点和方向，以期助力DNA水凝胶在多学科领域的研究与应用。
功能核酸DNA水凝胶是一种以DNA为构建单元通过化学反应或物理缠结自组装而成的新型柔性材料，其构建单元中包含1种或多种能够形成功能核酸的特定序列。功能核酸是通过碱基修饰和DNA分子之间的相互作用力组合的一类特定核酸结构，包括核酸适配体、DNA核酶、G-四联体（G-quadruplex，G4）和i-motif结构等。传统上，高浓度的长DNA链是制备DNA水凝胶的必要条件，而核酸扩增方法的引入为DNA水凝胶的组装方式提供了新的可能。因此，对常用于制备DNA水凝胶的多种功能核酸以及核酸的提取、合成和扩增手段进行了详细的介绍。在此基础上，综述了通过化学或物理交联方式组装功能核酸DNA水凝胶的制备方法。最后，提出了DNA纳米材料的组装所面临的挑战和潜在的发展方向，以期为开发高效组装的功能核酸DNA水凝胶提供参考。
核酸在生命遗传过程中发挥着重要作用，其特殊的DNA二级结构不仅包含遗传信息，还可在体内发挥特定的生理功能、在体外被用作生物传感器的组成元件。目前，DNA特殊二级结构主要包括发卡（hairpin）、十字形（cruciform）、双螺旋（double helix）、三螺旋（triplex）、G-四联体（G-quadruplex）、G-三联体（G-triplex）和i-motif等。DNA特殊二级结构无论是在体外还是在体内均已被广泛研究，因此，基于已有的研究成果，概括总结了DNA特殊二级结构中G-quadruplex、G-triplex、i-motif的发展史、结构组成、特殊功能以及在生物传感、纳米材料、体内检测等方面的应用，最后剖析了目前在DNA特殊二级结构的研究中存在的问题与不足，并对其今后的研究方向做出了展望，以期为DNA特殊二级结构在生物传感、分子医学等领域的应用提供理论支持。
成簇规律间隔短回文序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats, CRISPR）系统是广泛存在于细菌中的一种特有的免疫防御机制，与特殊的Cas蛋白结合后能够有效的对外源的核酸分子进行特异性片段化，并进一步促进其降解。CRISPR-Cas系统具有独特的靶向性，为开发针对于核酸为底物的生物传感器提供了新的概念。越来越多的研究人员根据不同Cas蛋白的性质,建立了独特的逻辑系统对靶标物质进行准确识别，基于CRISPR技术的生物传感器也开拓了该技术在基因编辑以外领域的应用。介绍了CRISPR-Cas系统的起源、作用机制和科学分类，根据生物传感器的作用方式以及识别底物进行了分类，并对基于CRISPR-Cas系统的高效生物传感器的应用前景进行了展望。
表面等离子共振(surface plasmon resonance，SPR)技术旨在检测物体表面附近折射率的变化，其特点是无标记、实时、灵敏和快速，该技术多用于研究分子的相互作用，包括动力学、效率常数和大分子构象变化等。电化学(electrochemical，EC)技术是一项用于定性定量研究电子转移、物质氧化还原、界面吸附等过程的成熟技术，具有简单、低成本和设备小型化的优点。现有的DNA杂交技术，例如光学、电化学或压电转导技术，主要关注于提高DNA杂交检测系统的选择性和灵敏度。传统的SPR在DNA分析方面，由于无法测量折射率的极小变化而在超灵敏检测中的应用受到限制。因此，随着纳米材料的研发和联用技术的飞速发展，SPR与EC联用的生物传感器研究越来越成为人们关注的热点。近年来，关于SPR和EC联用在DNA检测方面的综述鲜有报道。对SPR和EC检测DNA的技术原理、联用方法、应用进展等方面作出了简要的介绍，以期为表面等离子共振和电化学联用的DNA传感器相关研究提供参考。
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