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本论文通过纳米、生物、电化学三大领域的交叉融合，从两条主要途径对小分子进行检测。一是以DNA(主要是核酸适配体)为识别原件，二是以酶反应为基础，其中酶包括天然酶和人工酶。
1.将修饰二茂铁的ATP的核酸适配体与互补链杂交，组装到金电极表面。与ATP反应后，核酸适配体与ATP结合发生构象变化将二茂铁分子拉近电极表面进行氧化还原，信号增强。这一体系可灵敏检测ATP，检测限为10nM，而且对GTP、UTP、CTP无信号响应。这一传感策略可以推广至可卡因、凝血酶、钾离子等的检测。
2.利用普鲁士蓝的电催化特性，采用碳纳米管增强传感器性能，对高灵敏度过氧化氢传感器进行了研究。碳纳米管可增强普鲁士蓝的稳定性、改善过氧化氢的扩散方式、提高反应速度、降低检测限。使得过氧化氢的检测灵敏度达1nM。
3.利用普鲁士蓝的电子传递媒介特性，结合碳纳米管，基于有机磷农药对乙酰胆碱酯酶的抑制原理，设计了农药残留传感器。将碳纳米管应用到有机磷农药的检测可以提高传感器的性能，包括提高反应速度、降低硫代胆碱向电极的扩散障碍、增强传感器的稳定性等。传感器可实现对有机磷农药残留的快速灵敏检测。敌敌畏的检测限为0.05μg.1-1，克百威的检测限为0.1μg.1-1。
4.设计了一种磁力驱动的蛋白质纳米运输机器。基本构成元件为碳纳米管和磁性纳米颗粒。其功能包括蛋白质的运输和释放。这种纳米蛋白运输机器的潜在应用在于蛋白质类药物的运输和释放、蛋白质分离等。
5.采用电化学方法详细探讨了亚甲基蓝与电极表面DNA之间的相互作用，研究了其与单双链结合后氧化还原电位的差异，以及吸附过程与解离过程的动力学研究，为设计更好的亚甲基蓝为基础的DNA传感器奠定基础。