论文摘要
生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测等优点,在化学、生物医学、环境监测、食品、医药和军事等领域有重要的应用价值。而现代化学、生物学、纳米材料科学及现代微电子学的交叉和发展,已使生物传感器成为当代研究最活泼的领域之一。纳米结构的材料具有独特的光学、电学和催化特性及良好的生物相容性。近年来,纳米材料在电子设备和纳米传感器等许多领域得到广泛研究与应用。将纳米材料应用于生物传感器的制备可以较大提高传感器的响应性能。本文制备了多种不同形貌的纳米材料,并将这些纳米材料组装到电极表面用于生物传感界面的构建。所设计制备的葡萄糖、过氧化氢、胆碱、牛胰岛素等生物传感器可在低电位下具有较高的灵敏度、较低的检测下限以及快的响应速度,并能很好的应用于实际样品的检测。具体内容如下:（1）采用模板法合成多种纳米线及纳米线阵列。纳米结构大的比表面积能显著提高酶的负载量,同时为固定酶提供了很好的微环境。利用多孔阳极氧化铝模板通过恒电位沉积的方法合成铂纳米线,将其与多壁碳纳米管一起分散于壳聚糖溶液中,形成一种有机-无机复合体系。该复合体系可利用铂纳米线和碳纳米管之间的协同作用促进电子传递过程,从而提高电化学传感器的性能。将葡萄糖氧化酶通过戊二醛共价交联到电极表面,制备了葡萄糖传感器,此传感器在–0.1V的电压下,可实现对葡萄糖的无干扰检测,并有较快的响应速度、较宽的响应范围及良好的重现性与稳定性（第2章）。利用多孔阳极氧化铝模板,以循环伏安电沉积法合成了聚中性红纳米线,并以电化学共聚包埋法固定辣根过氧化酶。聚中性红纳米线具有很好的电子传递效率,促进了辣根过氧化酶和玻碳电极之间的电子传递。修饰电极在-0.1V下对过氧化氢有较宽的线性响应范围,灵敏度为318μA mM-1 cm-2 （第3章）。将垂直排列的纳米线阵列作为传感器件,能保证酶和底物之间有尽可能大的接触面积,提高了生物传感器的响应性能。将聚碳酸酯模板固定在电极上,用电沉积法制备普鲁士蓝纳米线阵列。普鲁士蓝纳米线阵列修饰的玻碳电极在-0.1V下对过氧化氢有灵敏响应。将葡萄糖氧化酶交联到纳米线阵列上,得到的葡萄糖传感器有较高的灵敏度,较宽的线性范围,并可实现对葡萄糖的无干扰检测（第4章）。（2）碳纳米管具有大的比表面积、良好的化学稳定性以及优良的电子传递能力,是一种理想的电极修饰材料。特别是用表面修饰上羧基等功能团的碳纳米管作为电极材料,其优良的导电性能和小尺寸效应能很好地促进电活性分子的电子传递,在响应速率和可逆性等方面,其性能明显优于其他碳电极。将苯胺电聚合形成导电聚合物膜,用浓硫酸和硝酸的混合溶液处理多壁碳纳米管使其被氧化而带羧基。利用层层组装技术,将多壁碳纳米管和聚苯胺多层膜在玻碳电极上交替组装。聚苯胺的保护作用有利于增加纳米管在电极上的固定量,具有良好的抗干扰能力和导电能力,这有利于降低过氧化氢的过电位提高催化能力。在修饰电极上固定胆碱氧化酶,构建了性能优良的胆碱生物传感器,该传感器对胆碱有较快的响应,较宽的线性范围,并具有较好的重现性和稳定性（第5章）。合成了电活性纳米材料,将它同碳纳米管结合起来修饰到电极表面,利用了两种纳米材料电催化性能的协同作用来提高电极的催化性能。用乙二胺四乙酸作稳定剂合成了具有一致形貌和尺寸的铁氰化钴纳米颗粒。用碳纳米管和铁氰化钴纳米颗粒共同修饰玻碳电极,构建了高灵敏的胰岛素安培型生物传感器。该传感器表现出较好的稳定性,有望用于人体内胰岛素的测定（第6章）。利用层层组装技术,在电极表面交替组装多壁碳纳米管和聚中性红多层膜。聚中性红是良好的电子媒介体,多壁碳纳米管/聚中性红多层膜体系展示了多壁碳纳米管和聚中性红之间的协同作用,即由于碳纳米管和聚中性红具有优良的电子转移能力使复合体系的氧化还原能力较单组分有显著改善。多层膜修饰的玻碳电极在低电位下对过氧化氢有灵敏快速的响应,响应信号比多壁碳纳米管修饰电极放大3倍,比聚中性红修饰电极放大9倍。（第7章）。制备了含有铂纳米颗粒的壳聚糖和正硅酸四乙酯溶胶-凝胶溶液,并将多壁碳纳米管分散于制备的壳聚糖和正硅酸四乙酯溶胶-凝胶混合物体系。用多壁碳纳米管和铂纳米颗粒复合膜修饰的玻碳电极对过氧化氢有灵敏的电化学响应。通过在此复合膜修饰的玻碳电极上固定葡萄糖氧化酶制备了葡萄糖生物传感器。传感器对葡萄糖有灵敏的响应并有很好的重现性和稳定性,在用于实际样品体系的回收试验中,结果良好（第8章）。