在传感器的各项性能中，葡萄糖氧化酶传感器的选择性以及固定化酶的稳定性对于传感器的实际应用和准确检测葡萄糖浓度至关重要。长期以来，科学家们在改进酶的固定化技术、提高传感器的抗干扰能力等方面做了很多工作，完善了传感器的性能。但是仍然存在众多问题限制了传感器的应用。本课题组王康等人提出的基于扩散层间隙电极对消除干扰的方法为提高生物传感器的选择性提供了重复性好、易于控制的通用方法。 本论文结合本课题组在生物传感、微/纳米器件和表界面反应动力学等方面的研究基础，主要研究了以下三方面的内容： 1．基于扩散层间隙电极对概念设计“管中棒”微传感器件用于选择性分析 基于我们以前提出的扩散层间隙电极对消除干扰的概念设计了一个“管中棒”微传感器件。首先，以过氧化氢为模型分子验证了该微器件消除干扰的有效性。在该装置中，内壁修饰Nafion/graphite的金管电极通过电化学氧化消除电活性干扰物质，使其在管电极内形成干扰物质的浓度梯度。Pt盘探针电极通过一个微调装置定位于该微区内，施加适当的电位可选择性检测过氧化氢。随后，利用该微器件实现了葡萄糖的选择性检测。实验中以内壁修饰GOD/Nafion/graphite的金管电极为干扰消除电极，施加电位后发生的电化学氧化消除其扩散层内的干扰物质，从而置于其中的探针电极可通过选择性检测酶催化产物实现对葡萄糖的分析。系统研究了各种实验变量对该装置消除干扰效果的影响。在实验的基础上，以含干扰的溶液为模型体系，利用有限元法模拟了不同探针—管口距离下探针电极的电流—时间曲线，模拟结果与实验数据相一致。该微传感器件具有设计简单，易于操作等优点，也可根据所提出的原理应用于其它生化分子的选择性分析检测。 2．基于电化学诱导溶胶反应及气泡模板法集成的蛋白质、酶等生物分子高效快速的固定化新方法 提出了一种一步将蛋白质、酶等生物大分子固定化于三维多孔二氧化硅膜材料的电化学新方法。该方法是在含有蛋白质、酶的正硅酸乙酯和乙醇溶液中，利用电化学方法产生的氢氧根离子催化正硅酸乙酯的水解，同时产生的氢气泡作为材料生长的动态软模板，从而在电极表面生成包埋蛋白质、酶的三维多孔二氧化硅膜材料。制备的二氧化硅膜具有相互贯通的多孔结构，且孔径随着孔与电极间的距离增加而增大，有利于物质传输。实验中以葡萄糖氧化酶为模型生物分子，发现包埋的葡萄糖氧化酶能够保持较高的生物催化活性和良好的稳定性。该方法具有简单、快速和成本低等优点，为原位构建生物传感器和阵列生物电子器件提供了简易的思路。 3．扫描电化学显微镜研究乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶的耦合催化反应 乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶双酶体系是生物体内一个典型耦合生化反应，对其反应动力学研究将对认识神经递质乙酰胆碱的传递与灭活过程提供理论依据。我们将乙酰胆碱酯酶和胆碱氧化酶分别固定在金基底电极和探针电极上，借助于扫描电化学显微镜(SECM)精确定位探针电极的特征，将探针电极置于基底电极上方一定距离内。当溶液中加入乙酰胆碱后，乙酰胆碱扩散到基底电极上方，被固定在基底上的乙酰胆碱酯酶催化水解生成胆碱和乙酸。随后，胆碱扩散到探针电极上，在胆碱氧化酶的催化氧化下生成H2O2和甜菜碱，利用探针电极电化学检测H2O2的氧化电流，从而实现了乙酰胆碱的检测。理论上，利用该方法可以获得单个酶催化反应动力学参数，以揭示生理体系中这一耦合体系的基本规律。