复杂的生物体系中某些重要物质（如蛋白质、miRNA、药物等）的准确定量分析对于疾病的诊断、监测、治疗以及预后等具有重要的意义。近年来,基于光谱（如紫外、荧光、表面增强拉曼等）和电化学等检测手段的传统化学生物传感技术在生物样本中目标物质的检测中发挥重要作用。然而,传统化学生物传感技术常常会由于待测体系基质干扰严重、操作繁琐、染料标记费用高、引物设计复杂、特异性差、以及多目标同时检测的实现不易等问题而难以在实际应用中得到推广。因此,开发具有检测速度快、操作简单、性价比高、特异性强、以及易于实现多目标同时检测的新型化学生物传感技术仍是临床医学检验领域的热点研究方向之一。近年来,质谱技术因具有分析速度快、检测对象广、特异性强、以及适用于多目标同时检测等优点在化学生物传感领域受到了广泛的关注。相较于荧光和电化学等检测手段,质谱的检测灵敏度较低,而且其信号强度的稳定性较差,限制了质谱在化学生物传感领域的广泛应用。本论文拟将传统化学生物传感领域中的各种信号放大技术和化学计量学领域中的先进数据分析理论有机结合起来用于解决质谱的上述问题,并在此基础上发展基于质谱信号的新型化学生物传感技术,以实现复杂体系中待测物的快速、灵敏、准确的定性和定量分析。本论文具体研究内容如下:1.基于化学衍生反应和波谱形变定量分析理论的手性药物质谱检测平台为了解决手性药物定量分析的难题,本论文的第二章基于化学衍生反应和波谱形变定量分析理论发展了一种新型手性药物质谱分析方法。该方法的主要步骤如下包括:1)利用手性酰氯探针与手性药物反应产生非对映异构体复合产物;2)使用质谱仪器测定非对映异构体复合产物的各个碎片离子的质谱数据;3)并利用波谱形变定量分析理论从质谱数据中获取待测手性药物的定量信息。该质谱检测平台被用于普萘洛尔片中的R-普萘洛尔的定量分析。实验结果表明,该质谱检测平台能够实现普萘洛尔片剂样品中R-普萘洛尔相对含量的准确定量分析。所得定量分析结果的平均相对误差约为4%,显著优于基于传统的单变量比率模型的传统质谱分析方法的定量分析结果（其平均相对误差约12%）。该质谱检测平台对R-普萘洛尔相对含量的检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别为1.5%和6.0%,能够满足实际样本分析的要求。2.基于磁性ZnFe2O4纳米材料和质量标签信号放大方法的超灵敏生物标志物MALDI-TOF质谱检测平台本论文的第三章基于磁性ZnFe2O4纳米颗粒和多肽标记信号放大策略,建立了一种简便的、用于蛋白质生物标志物定量分析的MALDI-TOF质谱检测平台。在本方法中,磁性ZnFe2O4纳米颗粒表面上修饰有生物标志物的核酸适配体1,二氧化硅纳米颗粒表面上修饰有生物标志物的核酸适配体2和质量标签肽。当生物标志物存在时,磁性ZnFe2O4纳米颗粒表面上的核酸适配体1和二氧化硅纳米颗粒表面上的核酸适配体2将会与生物标志物形成三明治复合结构。利用磁性分离技术可将三明治复合结构从溶液中分离出来。用KHF2将三明治复合结构中的二氧化硅纳米颗粒溶解后,以磁性ZnFe2O4纳米颗粒作为激光解吸电离辅助基质,用MALDI-TOF质谱仪检测所释放出来的质量标签肽。由于质量标签的质谱信号强度与目标生物标志物的浓度直接相关,因此该方法可以应用于复杂生物样品中目标生物标志物的高灵敏的准确定量分析。3.基于多种金属纳米颗粒标记技术的高灵敏、高特异性miRNA质谱检测平台本论文的第四章基于连接反应、杂交链式反应放大策略和多种金属纳米颗粒标记技术,开发了一种特异性强、灵敏度高的miRNA质谱检测平台。一方面,将连接反应和多种金属纳米颗粒标记技术相结合可以大幅度提高检测的特异性。另一方面,利用杂交链式反应扩增和金属纳米颗粒标记技术相结合可以显著提高检测的灵敏度。该质谱检测平台对实际细胞样品中Let-7a的定量分析结果的准确度可与实时定量的逆转录聚合酶链反应方法（RT-PCR）相媲美。其对Let-7a的检测限和定量限分别为0.5和10 f M。此外,该平台能够根据多种金属元素的相对质谱强度构成的响应信号模式来明确区分目标miRNA和非目标miRNA,并提供错配碱基的位置信息。这一独特优势使其有望发展成为一种适用于临床诊断和生物医学研究领域中miRNA检测的有力工具。4.基于三重信号放大的、适用于多目标同时分析的单纳米粒子电感耦合等离子体质谱（sp ICP-MS）检测平台本论文的第五章基于三重级联信号放大策略开发了一种适用于多种肿瘤生物标志物同时分析的超灵敏单纳米粒子电感耦合等离子体质谱（sp ICP-MS）检测平台。本文发展的sp ICP-MS质谱检测平台中所采用的三重级联信号放大策略包括:增强型Rec Jf核酸外切酶辅助的目标循环扩增、杂交链式反应扩增,和基于DNA模板的金属纳米簇信号放大技术。为了提高扩增效率,在增强型Rec Jf核酸外切酶辅助目标循环扩增中所用到的能对生物标志物能进行特异性识别的核酸适配体5′端的DNA碱基被相应的RNA碱基所取代。另外,该sp ICP-MS质谱检测平台创新性地将以DNA为模板的金属纳米簇信号放大技术与sp ICP-MS的检测手段相结合,显著地放大了待测样本的检测信号,并能有效抑制背景干扰信号。该sp ICP-MS质谱检测平台被成功地应用于人血清样本中CEA和AFP的检测,其定量分析结果的准确度媲美于商业化的ELISA试剂盒。该sp ICP-MS质谱检测平台对CEA和AFP的动态检测范围分别为0.01-100 ng/m L和0.01-200 ng/m L,对CEA和AFP的检测下限分别为0.6和0.5 pg/m L。与传统的生物标志物检测方法相比,该sp ICP-MS质谱检测平台具有操作简单、灵敏度高、动态检测范围宽、背景低等优点,因而有望发展成为适用于临床诊断和生物医学研究领域中生物标志物检测的有力工具。