随着环境监测、食品药品安全和卫生健康领域中的新挑战不断出现,对高灵敏度和高特异性分析方法的需求也日益增长。生物传感器作为21世纪新兴的高技术产业的重要组成部分,因其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、在线连续监测等特点,使其在近几十年获得蓬勃而迅速的发展。然而,传统的传感分析通常是使用一种传感器特异性识别一个靶标物,因此通常需要投入大量的精力、物力开发不同靶标特异性响应的传感器。为了应对这一问题,受哺乳动物味觉和嗅觉感受系统的启发,研究者将具有高度交叉敏感特性的传感器单元组成传感器阵列,结合适当的模式识别算法和多变量分析方法对阵列进行处理,从而实现对大量靶标的模式识别区分及检测。目前,基于这种“化学鼻/舌”传感技术在精准农业、健康监测、食品领域都取得了广泛的应用。尽管各种新的传感阵列层出不穷,仍有部分传感单元的制造过程相对复杂,限制了其广泛应用。因此,设计一种合成简单、低成本、易操作的新型多功能传感阵列仍然是一个长期挑战。本论文围绕智能“化学鼻/舌”多功能传感阵列领域中的关键问题,结合仿生聚多巴胺纳米材料本身的荧光特性,首次提出了基于仿生聚多巴胺纳米材料进行了“化学鼻/舌”传感阵列的设计。同时结合模式识别、无创分析等技术,应用于生物体液中多种物质（包括金属离子、硫醇）的模式识别及检测,拓宽了聚多巴胺纳米材料在化学传感阵列体系中的应用研究;另外,利用长寿命的稀土荧光复合物可以减少背景荧光信号干扰等优点,开发基于蛋白配体敏化稀土离子构建荧光传感阵列实现高灵敏度时间分辨荧光分析,为稀土离子-蛋白相互作用的传感分析方法提供了新思路,有望实现在相关疾病早期诊断等方面的重要应用。本论文分为三个部分,具体如下:第一章绪论首先,本章介绍生物传感器及其研究进展,然后着重论述基于模式识别的传感阵列,包括“化学鼻/舌”传感阵列的设计原理、组成以及在荧光方面的应用。最后阐述了本论文研究的意义和主要内容。第二章基于仿生聚多巴胺纳米材料的无标记荧光“化学鼻/舌”传感阵列设计及其生化分析应用在本章中,我们基于聚多巴胺材料本身的荧光特性,利用三种不同浓度的聚乙烯亚胺调控合成了一组具有不同荧光特性的聚多巴胺材料并基于此材料构建了一种无标记智能“化学鼻/舌”荧光传感阵列,实现了对生物体液中金属离子的模式识别分析,为生物体液中多种金属离子的区分检测提供了一种全新高效的解决方案。通过结合主成分分析方法,本方法仅仅利用三种探针(PDA/PEI₆,PDA/PEI₁₈和PDA/PEI₄₈)就能成功实现对18种金属离子的高效灵敏检测,并且实现了基于荧光寿命型模式的识别及区分。该探针设计巧妙,合成简便,并具有良好的分析性能,最后成功应用于复杂生物样品中金属离子的检测。此外,受铜离子(Cu²⁺)容易与巯基配位结合启发,我们又设计了一种基于pH调控的无标记(PDA/PEI_n-Cu²⁺)传感阵列。并结合尿液样本,实现了8种硫醇的无创模式识别分析,还探索了手性半胱氨酸分子的区分效果,展现了聚多巴胺荧光可调、简便易行的突出优势,为疾病诊断、环境检测等用途提供了可行的思路。第三章基于蛋白和稀土离子相互作用构筑pH调控的新型时间分辨荧光传感阵列识别生物体液中的金属离子在本章中,利用牛血清白蛋白（BSA）和稀土离子(Tb³⁺)作用设计蛋白/稀土复合物(BSA/Tb³⁺),并通过pH调控其光学性质构筑了一种新型的时间分辨荧光传感阵列,可实现对生物体液中金属离子的模式识别及分析检测。BSA作为天线配体敏化稀土Tb³⁺的荧光,金属离子存在时可以与BSA结合并使BSA的结构发生改变,从而影响BSA对Tb³⁺的天线效应。我们通过实验验证和粗粒度分子动力学（CG-MD）证实了这一原理。通过两种pH（pH 7.4,8.5）调控BSA/Tb³⁺荧光形成传感阵列,实现了17种金属离子的区分检测,以及相同金属离子不同浓度和不同金属离子混合样品的识别分析。此外,利用设计的传感阵列,我们可以实现对生物体液中金属离子的检测,验证了其实际应用。BSA/Tb³⁺荧光传感阵列合成简单,操作方便,为基于蛋白/稀土相互作用的时间分辨传感器的设计提供了新思路。