生物传感技术是一种以生物分子为识别元件，将靶标分子与识别元件之间的相互作用通过物理换能器转化为可检测的电信号的一类分析方法。由于其灵敏度高，选择性好，成本较低，分析速度快，能在复杂基质中进行连续实时监测等优点被广泛应用于生物医药，食品健康，环境保护等领域。光学生物传感是以光信号输出的一种生物传感技术，其中荧光传感方法具有灵敏度高，选择性好，操作简便，可实现原位检测等优点，吸引了研究者们的极大兴趣，是目前研究最多的一类传感方法。在环境分析领域，生物传感技术已被用于包括重金属，农药，生物毒素，抗生素，持久性有机污染物等多种环境靶标的微量及痕量分析。当前，核酸标记技术的成熟和纳米材料的发展又为构建各种环境靶标分子的荧光生物传感分析提供了新的思路和平台。本论文以核酸分子或纳米材料为传感元件构建了三种荧光生物传感新方法，分别用于铜离子、碱性磷酸酶和有机磷农药的定量分析测定。具体内容如下：
　　（1）基于DNA模板点击化学和核酸外切酶反应，构建了一种均相荧光传感方法检测Cu2+。该方法设计了一种双功能哑铃型DNA探针（其两端被分别标记有叠氮基和炔基），它既是点击化学的模板又可作为信号探针。在没有Cu2+的情况下，带有缺口的哑铃型DNA探针会被核酸外切酶Ⅰ（EXOⅠ）和核酸外切酶Ⅲ（EXOⅢ）交替水解成小的寡核苷酸片段，在体系中加入双链DNA特异性嵌入染料SYBR GreenⅠ（SGⅠ）后，没有明显的荧光信号增强。当存在Cu2+时，其可以快速被抗坏血酸还原为Cu+。由于Cu+催化的叠氮炔基环加成反应，带有缺口的哑铃型DNA探针被连接封闭。该封闭的探针无法被EXOⅠ和EXOⅢ所识别，使哑铃型DNA探针保持原双链结构而不被核酸酶消化。体系中加入SGⅠ后荧光信号显著增强，信号增强程度与Cu2+浓度呈正相关。该方法简单，稳定，特异性好，在复杂样品中表现出良好的分析性能。
　　（2）基于羟基氧化钴（CoOOH）纳米片的竞争性氧化还原反应，发展了一种用于碱性磷酸酶活性（ALP）测定的比率荧光传感分析方法。当体系中没有ALP时，CoOOH纳米片可以氧化邻苯二胺（OPD）形成具有橙色荧光发射（566nm）的2,3-二氨基吩嗪（DAP）；而当ALP存在时，ALP催化L-抗坏血酸-2-磷酸盐（AAP）水解产生具有强还原性的抗坏血酸（AA）。这时，CoOOH纳米片会优先与AA反应，生成Co2+和脱氢抗坏血酸（DHAA）。同时在碱性条件下AA自然脱氢也可生成DHAA。随后，DHAA可以与体系中未反应的OPD发生缩合，产生具有蓝色强荧光发射（431nm）的喹喔啉衍生物（DFQ）。根据431nm和566nm处荧光强度的比值变化可实现对ALP的定量分析检测。该方法具有良好的分析性能，检测限为0.09U/L，并实现了复杂实际样本中ALP的测定以及对ALP印制剂的筛选。该比率型荧光传感方法可有效避免样品体系中其他物质和生物背景荧光的干扰，使分析检测结果更精准。
　　（3）以有机染料吖啶橙（AO）作为荧光报告分子，开发了一种基于CoOOH纳米片的荧光传感平台用于有机磷农药（OPs）的检测。AO是一种商业化的阳离子核酸染料，可以通过阴离子“桥”-PPi与表面携带有大量正电荷的CoOOH纳米片自组装，通过荧光共振能量转移作用猝灭自身的荧光信号。当乙酰胆碱酯酶（AChE）催化底物乙酰硫代胆碱（ATCh）水解生成硫代胆碱（TCh）时，TCh能够能将CoOOH纳米片还原为Co2+，从而使AO的荧光恢复。而当体系中含有OPs时，AChE的催化活性被OPs抑制，阻碍TCh的生成，荧光信号保持猝灭状态。荧光强度信号的变化与OPs的浓度呈负相关，因此可对OPs进行定量分析。该生物传感方法简便快速，不需要复杂的合成和修饰，并成功用于实际河水样品中OPs的分析测定。