作为环境分析、食品安全和生物体内有机/无机分子检测的重要解决方案之一,生物化学传感器主要由三部分组成:检测器,用于识别目标分析物信号;转换器,将检测到的信号转换成有用的输出信号;信号处理器,分析和处理输出信号。在过去的十几年中,和其他分析技术相比,荧光纳米传感器受到了更多的关注。这是因为它们响应迅速、操作简便、可以实现更高的灵敏度和选择性。荧光纳米传感器被广泛用于各种分析物（如药物、蛋白质、标记物、金属离子、生物分子等）的高灵敏检测。但是发展至今,荧光纳米传感器依旧存在一些挑战:1)半导体量子点通常包含有毒的重金属（例如,镉、铅等）,由于潜在的危害和高昂的成本,极大地限制了其在生物传感中的应用;2)掺杂染料的荧光纳米材料不仅对环境有害,而且易于降解,严重制约其检测精度;3)真实样品中的相似物质容易对荧光纳米传感器产生强烈的干扰;4)相对较低的荧光量子产率。本论文以碳基多形态荧光纳米材料为研究对象,充分分析了材料表面形貌、化学键及光学性质,系统地探究了相应的传感机理,成功构建了多通道、多输出的高灵敏金属离子、生物分子以及蛋白质的纳米荧光检测方法。本论文的具体研究内容如下:1.提出了一种能够起到汇聚碳量子点（CDs）荧光并增强荧光强度的通用方法,该方法适用于大多数低量子产率的荧光材料。具体是通过原位生长法制备了以二氧化硅球（Si O2）为载体的碳点荧光微球（CS）复合物。所制备的CS复合物具有高荧光量子产率、易于分离纯化和便于修饰等优异特性。首先利用CS复合物构建了一款“on-off-on”模式的荧光传感策略用于铁离子(Fe3+)和焦磷酸钠盐（PPi）的检测,检测限分别是8.1μM和5μM。相关实验结果表明,在碱性环境中,多巴胺（DA）能够显著猝灭CS复合物的荧光。基于这一原理设计了一款酶级联反应的传感策略。具体反应过程是通过脲酶催化尿素水解产生的OH-,使周围环境的p H值增加,进而促进DA对CS复合物荧光的猝灭。经过优化条件,对于尿素和脲酶的检测限分别是1.67μM和0.002 mg/m L。最后,为了进一步优化传感器的响应,有选择的将发射红光的金纳米团簇（Au NCs）共价偶联到CS复合物的表面,成功合成了具有双发射的CS-Au NCs（CSA）复合物比率荧光探针。研究发现,当体系中存在银离子（Ag+）时能够显著增强Au NCs的荧光强度而CS复合物的荧光不受影响。CSA复合物对于Ag+表现出较高的选择性和灵敏度。优化条件后Ag+的检出限低至1.6 n M,明显优于单一Au NCs探针。2.基于碳量子点（CDs）和7-氨基-4-甲基香豆素（AMC）构建了一款双发射比率荧光探针用于多巴胺（DA）的高灵敏检测。首先,通过CDs表面的羧基和AMC表面的氨基之间的酰胺反应进行偶联,形成的杂化复合物（CDC）同时表现出两个荧光发射峰。当体系中存在DA时,由于光诱导的电子转移效应能够有效的猝灭体系内CDs和AMC的荧光强度。因此通过监测CDC复合物中两个荧光强度比值的变化来实现DA的高灵敏度检测,检测范围是0–33.6μM,检出限低至5.67n M。所提出的比率荧光探针有望在生物医学多巴胺检测中找到潜在的应用。3.开发了一款具有双信号输出的“turn-on”型碱性磷酸酶（ALP）检测策略。经过前期预实验发现对氨基苯酚（AP）和二乙烯三胺（DETA）在较低温度下能够生成具有蓝色荧光的碳纳米颗粒（CNPs）。同时结合4-氨基苯基磷酸酯（APP）在ALP的催化下可以水解产生AP这一反应过程,创新性的设计了一个能够同时产生荧光和比色信号的原位检测ALP系统。通过优化反应参数,荧光法和比色法的检测限均为0.05 m U/m L。同时该方法能够应用于ALP抑制剂的筛选,并有望为疾病的早期诊断提供一个有效的途径。4.创新的提出了一种操作简便、响应迅速并且能够进行可视化监测的多通道荧光传感策略同时对肾上腺素（Ep）、去甲肾上腺素（NE）和左旋多巴（L-DOPA）进行高灵敏检测。该方法只需要简单地将乙二胺（EDA）和不同浓度Ep、NE和L-DOPA混合,就能在10 min之内完成相应的检测。同时为了提高灵敏度和可视化检测的识别能力构建了不同的双发射比率荧光探针,优化后Ep、NE和L-DOPA的检出限分别低至18.9、85.5和9.7 n M。相信所提出的检测策略能够为生物传感和疾病的早期诊断领域提供理论基础和更多的可能性。