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化学生物传感技术具有选择性好、灵敏度高、以及检测速度快的优点,已被广泛应用于各种复杂体系的快速定性和定量分析。传统化学生物传感技术大多是根据所测得的响应信号的强度来进行定性和定量分析的。当待测样本的基质比较复杂时,基质效应、背景信号、以及与目标物质性质相近的共存物质的干扰均可能导致传统化学生物传感技术产生假阳性或假阴性检测结果。甚至测试条件、制样过程、以及仪器状态等因素的变化也会显著影响基于信号强度变化的传统化学生物传感技术定量分析结果的准确度。因此,怎样提高化学生物传感技术对复杂体系定性和定量分析结果的准确度是化学生物传感领域的研究难点之一。近年来,化学计量学在复杂体系波谱定量分析理论和方法方面有了长足的进展,能够在很大程度上减轻或消除基质效应、背景信号、与目标物质性质相近的共存物质的干扰等因素对复杂体系波谱定性和定量分析结果的不利影响。本论文尝试将化学计量学领域的先进波谱定量分析理论和方法用于指导化学生物传感技术的设计,以期开发出适用于复杂体系定性和定量分析的新型化学生物传感平台。本论文具体研究内容如下:1.基于质谱信号的新型化学生物传感技术（第2～3章）某些mi RNA的表达水平与许多疾病的发生和发展密切相关,因此发展能够对复杂生物样本中的mi RNA进行高灵敏度和特异性检测的方法具有重要的意义。本论文的第2章将切刻酶辅助的滚环扩增策略、质谱检测技术与波谱形变定量分析理论（Spectral shape deformation quantitative theory,SSD）相结合,发展了一种高灵敏度、高选择性的mi RNA质谱检测平台。切刻酶辅助的滚环扩增策略和质谱检测技术赋予了该检测平台高的灵敏度和选择性。SSD能够从该检测平台所获得的复杂质谱信号中提取出目标mi RNA的定性和定量信息。值得指出的是:该检测平台使用了两个挂锁结构以及两种DNA探针,能够根据两种DNA探针及其碎片的质谱信号分布模式将目标mi RNA与单碱基错配mi RNA准确区分开来,甚至可以辅助判断单碱基错配mi RNA的碱基错配位置。本论文的第3章利用质谱技术研究了DNase I酶对单链DNA探针和DNA/mi RNA异源双链中的DNA探针的水解模式,并根据所获得的信息提出了基于DNase I酶辅助信号放大策略的mi RNA质谱检测平台。在波谱形变定量分析理论的指导下,本章推导出了从DNase I酶辅助信号放大过程中产生的DNA探针酶解片段质谱信号中获取目标mi RNA（如:mi RNA-122）浓度信息的校正模型。在该校正模型的协助下,本章所提出的基于DNase I酶辅助信号放大策略的mi RNA质谱检测平台成功实现了Huh-7和Hep G2细胞系的细胞提取物样品中mi RNA-122的准确定量分析,其平均回收率在98%到104%范围内。该mi RNA质谱平台可以根据待测样本的质谱响应模式将目标mi RNA与其他非目标mi RNA区分开来,因此对目标mi RNA的检测具有更高的特异性。2.基于荧光光谱信号的新型化学生物传感技术（第4～5章）本论文的第4章通过将双链特异核酸酶（Duplex-specific nuclease,DSN）辅助目标循环扩增技术和链置换扩增策略无缝对接,建立了高灵敏、高特异性的mi RNA荧光检测平台。该mi RNA荧光检测平台的设计是建立在利用质谱技术充分了解DSN酶对DNA/mi RNA异源双链中DNA探针的水解模式的基础上的。因此相较于文献中的其他mi RNA检测方法,基于DSN辅助目标循环扩增技术和链置换扩增策略的mi RNA检测平台具有更高的特异性。该mi RNA荧光检测平台成功地应用于三种类型癌细胞中mi RNA-141的定量分析,其定量结果与逆转录聚合酶链反应法的定量结果高度一致。值得一提的是,该mi RNA荧光检测平台具有良好的普适性。只需根据目标mi RNA的序列信息,相应改变两个DNA探针的序列即可将其应用到其他mi RNA检测。传统的DNA荧光检测方法是根据荧光信号的强弱来区别目标DNA与单碱基错配DNA,易受待测样本中复杂基质效应的影响和共存荧光物质的干扰而产生假阳性结果。本论文的第5章通过将外切酶Ⅲ辅助的信号扩增策略与标记不同荧光基团的DNA探针对（含量比=1:1）相结合,并利用SSD解析所获得的荧光信号,实现了复杂体系中目标DNA的准确定量分析。标记不同荧光基团的DNA探针对的引入使得可以根据两种荧光基团的荧光强度的相对变化来区分目标DNA与非目标DNA,从而准确识别单碱基错配DNA。3.基于表面增强拉曼光谱信号的新型化学生物传感技术（第6章）本论文的第6章通过在银纳米颗粒表面修饰双（吡啶-2-甲基）氨基)乙烷-1-硫醇制备了对Co2+具有高选择性的表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS）增强基底,从而开发了一种简单有效的茶叶中Co2+的SERS检测平台。该SERS检测平台采用基于波谱形变定量分析理论的校正模型有效地减小或消除了SERS增强基底表面或其附近“热点”的数量及分布的不可控变化对SERS信号重现性的影响,从而实现了对5种类型的中国茶叶样品中Co2+的准确定量分析,其定量结果的准确度和精密度均可与参考方法-电感耦合等离子质谱（ICP-MS）相媲美。