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金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，英文缩写MOFs)是由金属离子或团簇和有机配体通过配位自组装，形成的新型多孔晶体材料。MOFs具有高比表面积、规整的孔道结构、种类多样性和可设计性等优点。通过合理引入配体或金属离子作为发光中心，能够进一步构建具有独特光学性质的发光金属有机骨架（Luminescent Metal-Organic Frameworks，英文缩写:LMOFs）。LMOFs的发光信号容易受到材料内的配体排列方式、金属节点的化学环境、孔道结构、π-π相互作用和氢键作用等影响，使得LMOFs在荧光传感领域展现出巨大的潜力。本论文分别利用有机位点和金属节点作为识别中心，设计了一系列LMOFs探针，研究了探针在液相有机小分子（爆炸物）、金属离子(Au3+)、非金属阴离子（PO43-）和生物信号（溶解氧、pH）方面的传感应用。主要的研究内容和结果概括如下: (1)利用卟啉分子(TCPP)作为配体，成功制备了一种荧光的LMOFs（PCN-224），能够快速且选择性地检测水溶液中存在的痕量2，4，6-三硝基甲苯(TNT)。这种设计策略充分结合了荧光分子和多孔金属有机骨架的优势。首先，TCPP能够均匀地固定在多孔结构中，避免了高浓度下荧光分子的自猝灭问题;其次，材料的高比表面积和开放式孔道结构有利于TNT与TCPP识别位点的有效接触。因此，探针具有很快的响应速度(30s);同时，探针的红光荧光信号与TNT浓度之间遵循严格的Stern-Volmer线性猝灭方程，这归因于TNT和TCPP间能够形成不发光的基态复合物。这种荧光探针具有良好的选择性，几乎不受其他潜在干扰离子的影响，探针对TNT的猝灭效率要远高于其他结构相似的硝基类芳香化合物。即使在检测多种爆炸物共存的样品中，探针仍然能够定量测定TNT的浓度。这预示着在公共安全领域的TNT传感应用上，这种PCN-224探针有着巨大的潜力。 (2)考虑到卟啉环易于金属化，采用了便捷的双金属源的原位合成策略，制备了纯相的Zr-LMOFs PCN-224(Zn)。PCN-224(Zn)的卟啉金属化程度可以通过改变Zr/TCPP投料比，进行简单有效的控制。材料的金属化程度可以有效地调节探针的光学性质、Au3+传感范围和灵敏度。完全金属化的PCN-224(Zn)探针对Au3+具有96％的荧光淬灭程度，并且它的荧光淬灭效率比未金属化的探针提升了710倍。探针对Au3+的淬灭常数和检测限可达5.96μM-1和0.025μM;同时，在20倍的干扰离子存在下，探针能够展现出优异的选择性Au3+传感性能。 (3)为了实现实时可逆的光学传感，利用卟啉铂分子作为桥联配体、发光中心和氧敏位点，制备了一种卟啉类LMOFs PCN-224(Pt)，作为新型磷光探针用于溶解氧(DO)传感。这种探针具有优异的化学稳定性、光稳定性和不受pH值影响的磷光信号，非常适用于DO检测。在不同温度和激发波长下，PCN-224(Pt)探针展现出可逆的DO传感性能以及出色的线性Stem-Volmer淬灭行为。最后，这种探针成功地用于监测酶催化反应过程中溶解氧的消耗速率，证明其潜在的工业和生物应用价值。 (4)为了充分利用MOFs的化学组成，将Zr6无机团簇和BDC-NH2有机配体分别设计为识别位点和发光中心，组装成UiO-66-NH2荧光探针，用于选择性的水相磷酸盐传感。在UiO-66-NH2骨架结构中，配体的荧光受到配体到金属电荷转移效应(LMCT)而大幅减弱，而磷酸盐和Zr6团簇之间存在着竞争配位的作用，导致探针的荧光显著恢复，这种机制称为配位诱导荧光增强效应。这种特异性的磷酸盐识别机制几乎不受其他干扰离子的影响。探针的荧光信号对磷酸盐在5-150μM范围内具有线性响应，检测限可达1.25μM。 (5)为了实现Zr-LMOFs在细胞和生物体内的荧光传感和成像应用，通过在Zr-NMOFs表面包裹一层连续致密的磷脂双分子层(PBLs)，形成磷酸盐不渗透的疏水屏障，从而改善材料在实际生理环境下的耐磷酸盐稳定性。基于卟啉分子有着广泛的生物应用，我们以卟啉类Zr-NMOFs为例，通过三乙胺(TEA)调节法，制备纳米级卟啉类Zr-NMOFs。实验发现，TEA不仅起到控制卟啉Zr-MOFs的相结构，有利于得到纯相的晶体;还能够将颗粒尺寸从微米级缩减到200nm以下，获得纳米级卟啉类Zr-NMOFs(nanoPCN-223)。通过铀染色TEM、FT-IR、Zeta电位和XPS表征，证明纳米颗粒的表面Zr-OH活性位点和磷脂分子之间形成Zr-O-P化学键，促使PBLs紧密地包覆在颗粒表面。包裹后的nanoPCN-223@PBLs颗粒在磷酸盐缓冲液中，表现出明显的耐磷酸盐稳定性，并且具有更好的化学稳定性。此外，PBLs结构为材料提供了良好的生物界面，改善了材料在细胞吞噬过程中的生物相容性、吞噬效率和结构稳定性。同时，这种探针能够成功地应用于细胞内pH值的比率计型荧光传感。