为了更好地揭示人类生命活动规律,对人类疾病进行早期诊断,获得更加全面的生物学信息,与生命活动息息相关的蛋白质、多肽、生物活性小分子以及毒性环境污染物是分析检测的重中之重。在近几年的研究中,纳米材料学蓬勃发展,为发展和建立生化分析新方法提供了强有力的支持和前所未有的发展机遇。目前,基于纳米材料的生化分析新方法研究,是生化分析研究中最活跃的研究领域之一。新型纳米材料的发展为建立特异性好、灵敏度高、能耗少和易于微型化的生化分析方法打开了局面,极大地助力了精准医疗、医药卫生、环境检测、法医鉴定等相关研究领域的发展。另一方面,钙钛矿纳米晶体,由于其具有多种传统纳米材料所不具备的优异理化性质（例如,合成步骤简单、价廉经济、荧光量子产率超高、发射波长可调）,在光电领域表现出巨大的应用前景,受到国际上研究者们极大的关注。我们设想,钙钛矿纳米材料在生化分析领域的应用也具有巨大潜力。因此,本论文以钙钛矿纳米晶体作为中心点,围绕着该材料优异的理化性质,充分发掘纳米材料的优势,提出了一系列针对生命活动相关的生物毒性污染物、多肽、活性小分子以及代谢疾病标志物的生化分析新方法。而且通过对实际样品的分析以及与传统检测方法的对比,初步验证了钙钛矿纳米晶体在生化分析领域应用的可行性和优越性。研究内容分为以下几个部分:1.基于钙钛矿纳米晶体的穿孔生物毒素一步检测方法钙钛矿纳米晶体（CsPbBr3 NCs）作为一种新兴的纳米材料,在光电领域展现出巨大的潜力。然而,其在生化分析领域中的应用仍存在局限性。在本部分工作中,我们基于CsPbBr3 NCs的光电性质,构建了一步定量检测穿孔毒素的分析方法,实现了对复杂环境中广谱性穿孔生物毒素的分析检测。具体来说,我们用磷脂包裹CsPbBr3 NCs（命名为PM-CsPbBr3 NCs）作为信号探针。磷脂外壳,一方面可以保护CsPbX3 NCs脆弱的内部晶体结构,另一方面可以作为广谱性穿孔毒素的作用位点,造成外壳磷脂孔洞,引起水分子攻击CsPbBr3 NCs,进入其内部,从而产生明显的荧光和电化学双模式的信号响应。最终,通过具有相反变化趋势的双输出信号,实现了对穿孔毒素的一步法定量测量,检测限低至50 nM。在这部分工作中,我们运用逆向思维,巧妙利用CsPbBr3 NCs结构破坏过程中产生的信号改变,设计了一种新型的信号传导方式,应用于生物毒素的生化分析检测。这种免标记、经济便捷的PM-CsPbBr3 NCs信号探针,不仅完成了对实际样品中生物毒素的检测,而且也克服了钙钛矿纳米材料在分析检测领域中的应用局限,为其后续构建生化分析新方法提供了思路。2.基于钙钛矿纳米晶体的过氧化氢动态监测分析方法钙钛矿纳米晶体（CsPbBr3 NCs）具有出色的光学性能,近年来引起了极大的关注,但是它们在生物学方面的应用却相当滞后。我们首次发现了磷脂膜（PM）包裹的CsPbBr3NCs（PM-CsPbBr3 NCs）具有生物催化活性,可以作为一种新型的纳米酶。同时,我们还发现,在生物催化过程中,它们自身荧光信号也会发生变化。当存在H2O2时,PM-CsPbBr3 NCs的荧光信号会快速猝灭,当移除H2O2后,荧光信号又重新恢复,全过程中不需要外加其他的有色指示剂（例如TMB）,即可通过“add-to-answer”的信号输出模式,反映出H2O2催化反应的进程,这一特点对于封闭的、无法使用有色指示剂的生物学环境具有广阔的应用前景。因此,基于上述实验现象,我们将PM-CsPbBr3 NCs设计成“自反馈”的纳米报告器,实现了对封闭的生物体环境中H2O2代谢过程的动态实时监测。作为一种高效的、可自反馈的、无需外界显色底物的生物催化剂,PM-CsPbBr3 NCs不仅加深了人们对纳米酶的认识,还为钙钛矿纳米晶体在疾病诊断、生物传感等相关领域中的应用打开了新局面。3.基于钙钛矿纳米晶体的若干代谢产物可视化分析方法钙钛矿纳米晶体（CsPbX3 NCs,X=Cl,Br,I）因其具有优异的光学性能受到了学术界广泛关注。然而,由于它们在水环境中稳定性差、靶向能力弱并且存在潜在生物毒性的缺点,将CsPbX3 NCs应用于复杂生物样品中的分析检测仍然存在巨大挑战。在初步掌握了CsPbX3 NCs固有的生物催化活性基础上,我们将磷脂外膜作为分子筛和脚手架,在薄膜外层组装了氧化酶分子,即命名为oxidases/PM-CsPbX3 NCs,赋予了PM-CsPbX3 NCs特定的靶向识别能力。接着,oxidases/PM-CsPbX3 NCs可以作为一个串联酶体系,用于分析检测人体体液（包括血液、尿液、汗液）中的若干代谢产物。为了实现在实际生活场景下即时开展生化分析检测,我们将oxidases/PM-CsPbX3 NCs制备成可长期保存的荧光分析试纸条,在脱离生化实验室的情况下,例如在医院、学校、居家时,也可满足分析检测的需求,十分钟内即可完成整个检测过程。本部分的工作不仅实现了PM-CsPbX3NCs的功能化组装,而且也证明了CsPbX3 NCs在生化分析中广泛应用的可行性,拓展了人们对钙钛矿纳米材料生物催化性质的认识,为疾病诊断和健康监测提供了新方法。4.基于钙钛矿纳米晶体的指纹鉴定云平台指纹是人类手指末端指腹上特有的皮肤纹理。指纹鉴定被认为是“人体身份证”,广泛用于个人身份信息识别。但是,目前的潜指纹鉴定方法存在分辨率低、指纹生物信息易缺失、操作步骤繁琐等缺点。在本部分的工作中,我们利用钙钛矿纳米晶体（CsPbX3 NCs）作为指纹显影剂,构建了一个基于云计算技术的指纹鉴定平台,实现了对潜指纹的高效显影和个人身份鉴定。同时,由于潜指纹中代谢物含量也是重要的生物学信息,能反映出个人身份、健康状况等。因此,进一步的研究发现,CsPbX3 NCs与组氨酸存在特异性相互作用,可实现对组氨酸的定量检测,用于诊断氨基酸相关的代谢疾病,发掘指纹背后的生物学信息。此外,我们利用智能手机、云计算和人工智能“三位一体”的联合技术,搭建了一个指纹鉴定云平台。为了验证该方法的实效性,在模拟的双盲警匪游戏中,CsPbX3NCs作为显影剂可以方便、及时地采集罪犯的指纹图像,经人工智能平台计算匹配后,在几秒的时间内即可锁定犯罪嫌疑人身份。该项工作有望用于指纹生物信息学和刑侦领域,帮助办案人员更加高效地追踪犯罪线索及时处理案件。