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疾病标志物在人体内的含量可以指示疾病的发生,开发准确、灵敏的疾病标志物检测方法是分析化学领域重要的研究课题之一。电化学生物传感器具有灵敏度高、响应速度快、成本低、选择性好等优势,在疾病标志物的检测中发挥着重要作用,研究者们引入了新颖的功能材料和信号放大技术,以提高传感器的各项性能。其中,金属有机框架（MOFs）具有比表面积大、孔隙率高、结构可调和易于功能化等特点,作为纳米载体在生物传感领域极具应用潜力。然而,MOFs仍然有一些不足之处,如材料缺乏对靶标的识别能力,且难以实现信号的放大输出。此外,MOFs金属中心的利用方式较为单一,限制了MOFs在电化学生物传感领域的进一步应用。因此,本论文将不同的功能分子引入MOFs结构中,使材料具备分子识别和信号输出能力,利用功能化MOFs和高效的DNA纳米技术,构建了多重信号放大型电化学生物传感器用于疾病标志物的超灵敏和高特异性检测,为疾病早期临床诊断提供了新思路。主要研究内容如下:1.金纳米簇-石墨烯@ZIF-8耦合杂交链式反应用于电化学检测γ干扰素利用MOFs的大比表面积和丰富的孔洞,将不同的纳米材料引入MOFs的结构中可有效改善其导电性,有助于高灵敏生物传感界面的构建。本章利用二维石墨烯@ZIF-8复合材料的限域效应合成了金纳米簇（Au NCs）,构建了Au NCs-GR@ZIF-8和层分支杂交链式反应（LB-HCR）信号放大的电化学生物传感器用于检测γ干扰素（IFN-γ）。以Au NCs-GR@ZIF-8作为DNA组装平台,在传统的HCR基础上设计了由四个发夹DNA级联自组装完成的LB-HCR过程。其中,HP1和HP2参与传统的HCR过程形成长双链DNA,AD1和AD2交替组装以促进DNA纳米结构的层分支生长。目标物IFN-γ的存在触发了电极表面的LB-HCR过程,产生了大量树枝状DNA纳米结构,该DNA纳米结构集成了许多原位形成的hemin/G四链体DNAzyme作为信号放大标签催化H2O2还原,利用硫堇作为电子介体实现信号输出。基于Au NCs-GR@ZIF-8、LB-HCR和hemin/G四链体DNAzyme信号放大的电化学生物传感器实现了1 f M-50 p M范围内IFN-γ的超灵敏检测,检测限为0.6 f M。该策略展示了一个放大型传感平台和高效的DNA组装模式,在疾病诊断和监测中具有潜在的应用。2.响应型DNA/MOFs电化学生物传感器用于检测癌胚抗原MOFs丰富的孔洞可以实现功能分子的高效负载,进一步利用DNA对MOFs进行功能化修饰,可使材料具备刺激响应性,实现功能分子的可控释放。本章基于DNA功能化MOFs和目标物驱动的级联信号放大,构建了响应型电化学生物传感器用于癌胚抗原（CEA）的检测。利用MOFs（Ui O-66-NH2）作为电活性分子亚甲基蓝（MB）的纳米载体,MOFs表面组装的DNA作为门控,合成了功能化MOFs（MB@DNA/MOFs）,其不仅作为三维的生物传感轨道,同时作为放大型信号标签。目标物CEA的存在触发了切刻内切酶的剪切过程,导致两条单链（S1和S2）的产生。S1和S2均作为次级目标物参与MB@DNA/MOFs上的链置换反应,导致MOFs孔洞的打开和MB的释放,进而导致传感器的信号降低。构建的级联放大型传感器具有良好的分析性能,实现了50fg/m L-10 ng/m L范围内CEA的超灵敏检测,检测限为16 fg/m L。该策略展示了一个免标记的响应型三维传感平台,为癌症标志物的检测提供了有效方法。3.DNA/MOFs解离促进单组分DNA组装用于电化学检测酶活性DNA可赋予MOFs刺激响应性,但通常DNA在MOFs表面的组装过程较为复杂耗时并增加了成本,可直接利用MOFs自身的响应特性实现功能分子的可控释放,该方法更为简单和高效。本章利用酸响应的MOFs作为负载单链DNA的载体,构建了基于S1/ZIF-67的电化学生物传感器用于检测乙酰胆碱酯酶（ACh E）活性。目标物ACh E催化底物乙酰胆碱水解生成硫代胆碱和乙酸。质子酸的存在诱导S1/ZIF-67解离并释放S1和大量的Co2+。释放的S1级联自组装形成DNA网络结构,并在Co2+介导下快速固定在聚多巴胺-还原型氧化石墨烯（PDA-r GO）表面。利用形成的DNA网络结构作为模板,通过简单、快速紫外光还原法生成银纳米簇实现信号输出。构建的传感器实现了0.01-100m U/m L范围内ACh E活性的高灵敏检测,检测限为3.5×10-3 m U/m L。该策略充分利用了MOFs自身的酸响应特性和比表面积大、金属中心丰富的优势,同时避免了多条DNA链的引入,展示了一个简单、新颖的电化学平台,为疾病诊断和药物筛选提供了新方法。4.DNA纳米机器耦合MOFs电化学转化用于检测micro RNAMOFs可作为负载功能分子的纳米载体,但对其金属中心的利用仍然不充分,可将MOFs的金属中心进一步转化为电活性的纳米材料,实现传感体系的信号放大。本章基于聚多巴胺纳米粒子-DNA（PDANs-DNA）纳米机器和MOFs（NH2-MIL-88（Fe））电化学转化构建了电化学生物传感器用于检测micro RNA。PDANs-DNA纳米机器是基于Ca2+介导的DNA吸附和目标物触发的催化发夹组装（CHA）而设计的,不仅保持了DNA固定的简单性,而且具有较高的行走效率。PDANs-DNA纳米机器可以在核酸外切酶III的驱动下通过多条腿在电极上快速行走,从而诱导两个发夹DNA在电极表面组装形成树枝状DNA纳米结构。MOFs探针杂交在树枝状DNA纳米结构上作为多孔的金属前驱体,通过简单、温和的电化学方法转化为具有电活性的普鲁士蓝,实现信号的放大输出。使用micro RNA-21（mi RNA-21）作为模型目标物,构建的传感器实现了10 a M-10 p M范围内mi RNA-21的超灵敏检测,检测限为5.8 a M。该策略展示了一种高效的DNA纳米机器并结合巧妙的MOFs电化学转化,为电化学平台的设计提供了更多的选择,在疾病诊断和临床分析中具有潜在的应用。