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纳米材料具有优异的物理、化学特性，因此在近几年来受到科研人员的极大关注。随着合成和功能化的方法日趋成熟，这些纳米材料已经广泛应用到人工模拟酶，和以生物分子识别为基础的逻辑门及传感器等领域。本论文中，我们利用纳米材料的化学生物学特性构建了一系列多功能化的生物纳米器件。我们报道了介孔硅包覆的金纳米颗粒可作为高效的人工模拟酶，并在特定条件下实现串联反应及高温反应。其次，我们将可再生的二氧化铈纳米颗粒与生物催化反应结合构建了多种逻辑门以及智能的生物传感器。再次，我们建立了以银纳米颗粒为比色或荧光探针的多种分析方法。得到的主要结论有: 1.我们利用介孔硅材料作为载体制备了粒径小、稳定性好的金纳米催化剂(EMSN-AuNPs)。研究表明介孔硅包覆的金纳米颗粒可以同时作为高效的葡萄糖氧化模拟酶和过氧化物模拟酶。由于该材料具有两种不同的酶活性且二者活性通过自我激活的形式能够巧妙的结合起来，该单一的人工酶可以实现一般需要葡萄糖氧化酶和过氧化物酶共同参与的串联反应。这些发现有助于利用固体载体作为结构成分设计和开发新型高效的仿生催化剂，以及开辟了纳米人工酶研究的新方向——模拟更加复杂的天然酶系统。 2.以热稳定性高的EMSN-AuNPs作为过氧化物模拟酶以及离子液体作为人工酶的调节器，我们首次构建了基于过氧化物模拟酶的高温催化反应体系。EMSN-AuNPs催化剂具有催化效率高，稳定性好，易于分离和可以重复使用等优点。我们的实验结果有助于设计和发展新型的生物催化剂并对离子液体作为人工酶催化反应的调节器铺平了道路。 3.首次将可再生的二氧化铈纳米颗粒与生物催化反应结合构建非标记、可反复使用、且可比色观测的逻辑网络。与可再生的CeO2结合，可以使得生物分子的识别事件转换为比色的输出信号并且容易实现对逻辑门的重置。我们的新发现有助于构建新型复杂的逻辑装置并对纳米材料作为新的信号传感器铺平了道路。 4.将DNA金属化和氧化石墨烯(GO)结合，我们得到了一种独特的，高灵敏和高选择性的方法来检测半胱氨酸。该方法基于GO的超强淬灭能力以及巯基试剂与金属银颗粒之间特异性的强相互作用。金属化的ssDNA不能与荧光标记的互补DNA杂交，探针的荧光被GO淬灭。当加入半胱氨酸后，由于金属表面和半胱氨酸的相互作用更强，因而能释放出DNA，释放的DNA能与荧光标记的DNA杂交形成dsDNA，探针的荧光被保留。因此，通过荧光强度的差异可用于检测半胱氨酸。更重要的是，该策略还可用于以DNA和半胱氨酸为输入信号的逻辑门构建。 5.首次提出了以DNA为模板合成的银纳米粒子，可以用来高灵敏、高选择性的荧光检测多巴胺。嵌插试剂GF与dsDNA为模板的银纳米颗粒相互作用后，溶液荧光很弱。当加入多巴胺后，由于银纳米粒子和多巴胺的相互作用更强，因而能释放出DNA，释放的DNA可以与嵌插试剂GF结合，导致GF荧光得到很大的增强。在紫外灯照射下，该方法可用肉眼辨别有无多巴胺分子的存在。此外，利用巯基试剂和DNA为模板的银纳米粒子的强相互作用，该策略也可用于检测含有巯基的生物分子。 6.我们发现多巴胺可以通过银-儿茶酚键与银纳米颗粒发生强相互作用，并导致银纳米颗粒聚集。基于这一现象，我们成功构建一种简单、比色的多巴胺检测方法。该方法具有灵敏高和抗干扰能力强等优点。