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随着纳米技术的发展，为了达到不同的分析目的，各种纳米材料已被应用到分析化学领域。检测灵敏度的提高又是分析化学领域中最为关注的问题之一。本论文正是在这一研究背景下，致力于研发新型的免疫分析标记物来提高分析灵敏度；也开展了热电极的传感研究，这种方法可以通过便捷地改变温度来研究对应的电化学行为。
本论文将纳米材料、分析技术、生物技术有机结合起来，围绕着功能性材料在电化学传感器中的应用展开了创新性研究，主要内容如下：
1.镉离子功能化的聚丙烯酸包裹聚合物球作为标记的超灵敏免疫分析
采用化学聚合法制备了表面富含聚丙烯酸的聚苯乙烯基纳米球，该球由于表面的聚丙烯酸含有大量的羧基功能团，能和镉离子有效地螯合。因此将得到的复合物标记二抗(单克隆鼠抗人IgG抗体)，并作为免疫分析中的标记物。首先，将聚丙烯酸复合在碳管表面，作为传感器的基底用来固定一抗(羊抗人IgG)。然后，通过夹心法免疫反应，借助待测的抗原(人IgG)将镉标记的聚合物球结合到免疫传感器表面。利用示差脉冲伏安技术来检测抗原的浓度。该方法简便、灵敏度高，在最佳条件下，其线性范围为0.1～35.0 pg/mL，检测限为0.06 pg/mL。较一些报道的量子点标记免疫分析，灵敏度得到了较大提高。
2.基于碱性磷酸酶功能化的复合物球做标记的新型电化学免疫传感器
制备了掺杂有聚丙烯酸的聚苯乙烯纳米球，并将金胶粒子组装到聚合球表面。借助金纳米粒子良好的生物相容性，将碱性磷酸酶和抗体(肿瘤坏死因子抗体)结合到复合物球表面；由于碱性磷酸酶具有将底物分解的能力，从而得到的复合物可以用作免疫分析的标记二抗。鉴于以上的原理，首先在电极表面聚合掺杂聚丙烯酸的聚苯胺膜，然后利用羧基将一抗(肿瘤坏死因子抗体)固定到传感器表面，从而可以用来结合待测的抗原(肿瘤坏死因子抗原)。最后通过夹心法免疫反应将标记好的复合物结合到传感器表面，标记物上的碱性磷酸酶可以将溶液中的底物(α-奈基磷酸盐)水解成具有电活性的α-萘酚，通过α-萘酚的电化学信号就可以得出待测抗原的浓度。该检测方法的线性范围为0.02-200.00ng/mL检测限为0.01 ng/mL。相比直接用金纳米粒子作为标记基体的分析结果，线性范围和检测限都有较大的提高。
3.酸度控制合成血红素/四氧化三铁复合材料及其修饰热电极的催化应用
对于血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素C等构建的电化学模拟酶传感器中，其催化性能来自于蛋白质内部的功能基团血红素，因此研究血红素的电化学性能非常重要。发现血红素在溶液中的存在状态受着酸度的影响，并且具有一定的可逆性能。将溶解有血红素的溶液和分散有磁性纳米粒子的溶液混合均匀后，通过改变溶液的pH值(偏酸性)，使血红素的存在状态发生变化(析出)，血红素在析出的过程中，首选的粘附界面就是磁性纳米粒子表面，由此得到包覆有血红素的磁性粒子复合物。将混合溶液的酸度调节为偏碱性的时候，粘附在表面的血红素又被溶解，使两者相分离。实验发现复合物的状态可以互相转变，具有较好的可逆性。将制备的复合物用来修饰电极，有可逆氧化还原过程。同时，该修饰电极对三氯乙酸具有很好的电催化响应，可以用作三氯乙酸电化学传感器。而当使用热电极来研究温度对该传感器性能的影响时，发现温度为60℃时得到的催化信号最强烈，比室温时的响应信号提高了4.7倍。这也说明该修饰物比蛋白质稳定，可以在适当温度下进行传感器应用。
4.聚异丙基丙烯酰胺在热电极上的热敏行为及其对血红蛋白的吸入释放
在研究热电极时，将ITO光透玻璃制备成热电极，该电极具有良好的控温性能。将温度敏感材料(聚异丙基丙烯酰胺)电聚合到热电极表面，借助电极的控温性能，可以方便地研究该聚合物的温敏响应。同时也对该聚合物与生物分子的相互作用做了研究，通过温度的改变将血红蛋白吸入到聚合膜中，采用电化学方法，观察到了蛋白质的直接电化学行为，发现吸入的蛋白质能被释放出来。以紫外吸收作为辅助表征手段，证明了吸入的蛋白质保持了其固有的生物活性和催化性能。