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生物传感器是一类以生物活性单元为生物敏感基元，对被测目标具有高度选择性及灵敏性的监测器。自上世纪九十年代开始，各国科研工作者就已经对纳米材料进行了广泛而深入的研究。纳米材料由于具有不同于块体材料、原子或分子的表面效应、体积效应和介电限域效应等介观性质，以及良好的导电性和完整的表面结构，因而可作为优良的电极材料。纳米科技的发展将会推动电化学传感器进一步研究与发展。通过制备不同性质、尺寸和形态的纳米材料，并且将其修饰在电极表面，可以进一步模拟研究生物体内的某些重要生化反应，研究仿生界面上的电催化，揭示生物体内的物质代谢和能量转换，发展高灵敏度和高选择性的生化分析方法和生物分子器件。
本论文将生物技术、纳米技术、电分析化学理论和方法有机结合起来，制备了多种纳米复合材料，发展了一系列电化学生物传感器，主要内容如下：
1．HRP在O—羧甲基壳聚糖/sol-gel膜中的固定及H2O2生物传感器的构建
以一种壳聚糖的衍生物．可溶性的O—羧甲基壳聚糖(CMCS)来固定辣根过氧化物酶(HRP)，构建一种新型的过氧化氢传感器。用傅立叶红外光谱，原子力显微镜以及电化学方法等对固定在膜上的HRP进行表征。该传感器在亚甲蓝作为媒介体的情况下可用于测定H2O2浓度，还原电流在2.0x10-6～3.7x10-5M以及4.2x10-5～4.6x10-4 M浓度范围内对过氧化氢的浓度均呈现线性响应，检测下限为5.3x10-7M，米氏常数为3.5x10-5M。
2．O-羧甲基壳聚糖稳定的金胶修饰电极上HRP的直接电化学研究
通过原位化学法成功合成了由O-羧甲基壳聚糖(CMCS)稳定的金胶，并用透射电子显微镜、傅立叶红外光谱以及紫外光谱等对这种材料进行了表征。通过这种方法制得的纳米颗粒性能稳定，保持了CMCS和金纳米颗粒的优点，即使在中性溶液中也能溶于水，这些特性为酶或蛋白的固定提供了生物相容性的环境。本章实验中，我们通过溶胶/凝胶法将辣根过氧化物酶(HRP)和该纳米材料共固定在电极上，构建了新型的过氧化氢生物传感器，并详细研究了HRP在修饰电极上的电化学行为。这种生物传感器对H2O2的响应迅速(5s)，在5.0×10-6M～1.4×10-3M的范围内均呈现线性响应，检测下限低，为4.0×10-7M，具有较好的稳定性和灵敏度。该传感器中HRP酶的米氏常数(KMapp)为5.7×10-4 M，表明HRP与H2O2的亲和力比较强。
3．金胶/碳酸钙复合材料的制备、表征以及固定于复合材料上HRP的直接电化学研究
通过静电作用在水溶液中将金纳米颗粒组装到多孔碳酸钙表面，并用扫描电子显微镜、紫外可见光谱、高分辨透射电子显微镜以及BET等对制备的纳米复合材料进行了表征。实验结果表明金胶不仅可以组装到碳酸钙表面，还能进入到碳酸钙内部。该复合材料同时具有碳酸钙及金胶纳米颗粒的优点，有较好的生物相容性和良好的导电性，稳定性好，可以用于固定生物分子，如蛋白、酶等。将HRP组装在这种复合材料的表面可以形成HRP-AuNPs-CaCO3复合物。通过硅胶将组装了HRP的复合材料固定在电极表面，构建了一种新型的过氧化氢生物传感器。由于金胶与碳酸钙的协同作用，HRP与电极之间的直接电子转移现象被观察到。这种生物传感器对过氧化氢的响应快，还原电流在4.0×10-5～8.0×10-3M的范围内对过氧化氢的浓度呈现线性响应，检测下限为1.0×10-6M。
4．丁二酮肟修饰的铜纳米颗粒构建葡萄糖传感器
采用微波加热法合成丁二酮肟(DMG)修饰的铜纳米颗粒，并用透射电子显微镜(TEM)，傅立叶变换红外光谱(FT-IR)，粉末X-射线衍射(XRD)等对其进行表征。利用这种纳米颗粒成功构建了一种新型的葡萄糖传感器。实验结果表明丁二酮肟不仅在制备过程中能控制纳米颗粒的长，防止纳米颗粒团聚，同时它还能作为螯合剂与电化学过程产生的Cu2+相结合，有效提高了电极的稳定性。该传感器对葡萄糖响应的灵敏度提高，寿命延长，线性范围变宽，为1.0×10-6～5.0×10-3M，检测限降低，为5.0×10-7M。
5．有序多孔纳米氧化亚铜膜的制备及葡萄糖传感器的研制
以聚醚Brij56表面活性剂形成的六方相液晶为模板，采用电沉积方法制备出有序多孔的纳米氧化亚铜膜，并用小角X—射线衍射、扫描电子显微镜以及电化学方法等对其进行表征。该纳米氧化铜修饰电极用于葡萄糖测定，能显著提高测定的线性范围和灵敏度。实验结果表明沉积电位，NaOH的浓度及检测电位等对传感器的线性范围，检测下限等均有一定的影响。当选择—0.4V为沉积电位，0.01MNaOH及0.65V的检测电位时，检测的线性范围为1.0×10-7～8.5×10-3M，检测下限为5.0×10-8M。
6．半胱氨酸修饰的铜纳米颗粒组装多层铁氰化铜膜及其在H2O2测定中的应用
通过电化学/化学法交替进行的方法，利用半胱氨酸修饰的铜纳米颗粒组装形成多层铁氰化铜(CuHCF)膜。循环伏安、紫外可见光谱(UV—vis)等表征表明通过这种方法制得的膜随着修饰层数的增加膜厚呈现指数增长趋势。原子力显微镜(AFM)以及扫描电子显微镜(SEM)均表明所获得的多层膜比较致密，呈现三维结构。该膜具有比较好的稳定性和催化性，能被用来制备过氧化氢传感器。