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金属-有机骨架（MOFs）材料因具有大的比表面积,丰富的催化活性位点、可变的组份及可调的孔道结构等特点,常作为信号源/催化剂应用于生物传感领域,其主要通过主体框架与客体分子间的主客体相互作用来产生或催化放大传感信号,且作用力的强度及方式直接决定MOF传感器的灵敏度。因此,为了实现对目标物的高灵敏检测,合理设计MOF框架以实现主客体相互作用最佳是当前MOF生物传感研究的重中之重。本论文以一系列具有氧化还原模拟酶活性的Fe/Ni-MOFs为主体、酶抑制剂/信号分子为客体,分别从孔道环境、作用键合方式、催化作用位点三个方面调控主客体相互作用来实现对目标分析物的超灵敏检测,进而优化MOF结构、筛选高性能MOF基生物传感器。主要研究内容及结果如下:1.调控Ni-MOFs孔道手性和尺寸促使主客体最佳匹配来提高电化学传感器灵敏度以Ni2+为金属中心,手性樟脑酸为主配体和含氮配体为辅助配体,通过溶剂热法合成了4例不同孔径的手性同构Ni-MOFs（D-Ni-PYR、D-Ni-BPY、L-Ni-BPY和D-Ni-BPB）,并进一步将其固载乙酰胆碱酯酶（ACh E）来构筑电化学生物传感器实现了对手性药物抑制剂氢溴酸加兰他敏（GH）的高效检测。类氧化物酶活性MOF的金属Ni节点和ACh E协同催化水解氯化硫代乙酰胆碱（ATCl）快速产生并放大电化学传感信号,GH能够对该水解过程有效抑制。其中,中孔左旋L-Ni-BPY体系对GH的检测限低至0.31p M(浓度范围:1×1012～1×10~6 M),分别是其对映体D-Ni-BPY体系灵敏度的1.65倍、大孔D-Ni-BPB的5.55倍以及小孔D-Ni-PYR的26倍,远优于已报道的大多数ACh E抑制剂生物传感器。微量热实验表明L-Ni-BPY传感体系优异的性能源于其孔径尺寸和孔手性与底物的高度匹配产生的强主客体作用,其与GH的热焓值ΔH(17.700 k J mol-1)及缔合常数(1.449×10-2 mol-1)均远优于其他同构体系。精确测定主客体相互作用热量为阐明MOF基电化学生物传感器的结构-性能关系提供了有力的热力学支持,也为理解传感行为提供了新思路。2.设计主客体共价键化学作用提高MOF生物荧光传感器灵敏度相较于传统的主客体超分子作用,设计直接的主客体共价键作用是加快主客体间能量转移、提高传感器灵敏度的有效策略。以具有良好荧光信号的NH2-MIL-101（Fe）为母体,将强吸电子能力的2,4二硝基苯磺酰氯通过酰胺化反应在MOF表面进行共价后修饰形成弱荧光的NH2-MIL-101（Fe）-DNS,并作为生物荧光传感器用于检测ACh E抑制剂GH。酶促反应生成的亲核性的硫代胆碱（TCh）直接作用于NH2-MIL-101（Fe）-DNS促使DNS离去释放出NH2-MIL-101（Fe）并伴随荧光信号恢复,而GH加入抑制了TCh形成、阻碍MOF荧光恢复。基于这种荧光“关-开-关”策略,NH2-MIL-101（Fe）-DNS对GH的荧光检测限为1.46 p M,明显优于基于主客体超分子作用的同类ACh E抑制剂传感器。同时,NH2-MIL-101（Fe）-DNS良好的类过氧化物酶活性也实现了对GH的可视化检测,在10-11M～5×10-5 M范围呈浓度依赖性,检测限为9.12 p M。此外,该双通道生物荧光传感器在人血清样本中具有良好的适用性,在临床诊断中具有潜在的应用价值。3.调控MOF催化作用位点增强主客体催化作用以提高MOF基电化学传感器灵敏度以（+）-樟脑酸为配体,以4,4’-联吡啶（BPY）、1,2-二（4-吡啶基）乙烯（BPE）、1,4-双（吡啶-4-基）苯（BPB）为辅助配体,采用溶剂热法合成了一系列同构Ni-MOFs（Ni-BPY、Ni-BPE和Ni-BPB）,并进一步封装亚甲蓝（MB）构筑“夹心型”电化学传感器用于检测凝血酶（TB）。类氧化物酶活性的Ni金属中心催化氧化溶解氧产生的·O2-能够进一步氧化MB完成信号放大。实验和DFT计算结果表明,具有乙烯双键位点的Ni-BPE体系对进入孔道中的客体氧分子具有更强的主客体作用而产生有效富集,同时其金属位点对O2的吸附能值也最大(Eabs=-22.205 k J·mol-1),均有利于快速产生·O2-实现对信号分子MB的高效催化。因此,该体系对TB的检测限低至3.3 f M,分别是Ni-BPY和Ni-BPB催化放大倍数的1.34,1.53倍。基于MOFs与MB的主客体作用的微量热实验,Ni-BPE体系呈现出最大的热焓值(ΔH=-47.39 k J·mol-1)也表明Ni-BPE更合适的孔道尺寸也是其优异性能的内因。