石英晶体微天平(QCM)传感器是一种典型的压电式传感器,由于能感受敏感元件表面纳克级质量的变化而在检测领域备受关注。鉴于液体中粘度的影响,一直以来人们只注重QCM气相传感器的研究,对QCM在液相中应用的研究相对较少。QCM传感器虽然具有较高的灵敏度,但其敏感元件本身并无选择性,必须在电极表面覆盖一层具有选择性的敏感膜才能实现对目标物的检测。在研究过程中,人们采用各种方法增大传感材料膜的比表面积(SSA),以提高传感器的灵敏度,降低检测极限。静电纺纳米纤维因较高的SSA和孔隙率,在QCM传感器领域的应用无疑成为发展的新方向。QCM基静电纺纳米纤维传感器检测氨气的报道于2004年第一次出现,但由于所用静电纺纤维在液体中的溶胀效应、液体中静电纺纤维膜难以在QCM电极上固定等原因,QCM基静电纺纤维传感器一直未能实现在液相中的应用。针对QCM基静电纺纤维传感器在液相中使用所存在的上述挑战,我们将静电纺丝技术与QCM、真空溅射、分子组装等技术相结合,获得可在液相中检测有害物质的传感器。首先,我们将具有非水溶性的、高SSA的纳米纤维膜直接喷覆于QCM电极表面,随后对纤维膜进行一系列物理的、化学的修饰,构建出具有较高SSA的、三维立体结构的、功能化的传感膜,用以实现对液体中重金属离子、氯霉素、有机磷和氨基甲酸酯类农药的检测,同时提高传感器的检测灵敏度,降低检测极限。本研究选取具有非水溶性的聚苯乙烯(PS)作为电纺聚合物,通过改变聚合物浓度和溶剂四氢呋喃(THF)/N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的比例,获得孔径、SSA及形貌可控的静电纺PS纳米纤维。通过FE-SEM图片和BET数据分析,发现混合溶剂的比例和溶液的质量浓度对纤维形貌结构有较大影响：聚合物质量浓度为10%时,可获得表面带有褶皱的纤维和表面有孔洞带的珠粒组成的纤维膜；当溶剂为纯THF时,纤维和珠粒直径最大；随着溶剂中DMF的增加,纤维和珠粒直径显著减小,珠粒由塌陷的杯状逐渐转变成纺锤状。当混合溶剂THF/DMF比例为1/3时,PS纤维膜的SSA和孔体积均达最大值(43 m2/g和0.144 cm3/g)；随着聚合物质量浓度由10%增加至30%,纤维膜中珠粒逐渐消失；纤维直径增大并且均匀；但纤维膜的SSA和孔体积逐渐减小到14 m2/g和0.092 cm3/g。本研究将静电纺PS纤维膜沉积于QCM电极上,采用真空溅射技术在纤维膜表面溅射一层金膜,然后分别采用自组装和螯合的方式将传感材料3-巯基丙酸(MPA)和聚乙烯亚胺(PEI)固定在电极上,制备出重金属离子传感器(Cu2+和Cr3+)。分析讨论了电极上纤维膜的加载量、SSA和被检测液的pH值对传感器灵敏度和检测极限的影响以及传感器的选择性和再生性；通过研究QCM的频率变化发现,在一定范围内,随着电极上纤维膜的加载量和所加载纤维的SSA的增加,QCM的频率变化量呈线性增大。具有最优传感膜结构的PEI-QCM传感器的灵敏度可达427 Hz/ppm,检测极限可低至5 ppb；同时,该重金属传感器具有良好的再生性能,MPA-QCM和PEI-QCM传感器分别可重复使用10和5次。此外,我们还制备了QCM基静电纺纳米纤维免疫传感器和酶传感器。第四章将静电纺PS纤维膜沉积于QCM的电极上,并溅射金膜后,分别采用MPA自组装和PEI-戊二醛交联的方式将传感材料anti-CAP固定在电极上,用于对液体中CAP的检测。检测可在2-3 s内迅速完成；经对比研究发现,在其它条件均相同的情况下,MPA自组装方法制备的传感器的频率变化量大于PEI-GA交联方法制备的传感器的频率变化量。本文重点研究了纤维膜的加载量、SSA和形貌结构对传感器灵敏度和检测极限的影响,发现传感器的频率变化量随着纤维膜的加载量和SSA的增大成线性增加；在最优的纤维膜结构下,传感器的灵敏度可达43 Hz/ppm,检测极限低至5 ppb(比现有文献报道的类似检测方法的检测极限降低一个数量级)；不同形貌的纤维膜(珠粒和均匀纤维),在加载量和活化时间相同的情况下,传感器的频率变化量与有效SSA有关。MPA方法中,羧基的活化时问对传感器的频率变化量也有影响,60 min为最佳活化时间。此外,还研究了传感器可重复使用性和特异性吸附性。为考察静电纺纤维膜对QCM酶传感器性能的影响,本研究还在QCM电极上构建了自组装有乙酰胆碱酯酶(AChE)的三维立体传感膜,制备出可检测有机磷(乐果)和氨基甲酸酯(西维因)类农药的酶传感器。考察了QCM电极上AChE浓度的影响极其与底物的反应情况。研究发现QCM电极上AChE与底物的反应曲线满足一级动力方程；在其它条件均相同的情况下,传感器的频率变化量随着电极上AChE加载量的增加而增大；并在AChE浓度为0.6-9.6units的范围内,传感器频率变化速率(v0)与AChE的浓度线性相关。同时QCM电极上纤维膜加载量和SSA对传感器性能影响显著,AChE与底物反应引起的频率变化量随着纤维膜加载量和SSA的增加而明显增大；相同浓度的西维因对AChE的抑制效果随着QCM电极上纤维膜加载量和SSA的增大而逐渐明显。在50 ppb-100 ppm的西维因浓度范围内(乐果浓度为80 ppb-100 ppm),农药对AChE的抑制率随着农药浓度的增加线性增大,且决定系数R2在0.99以上；同时,直线的斜率随着纤维加载量和SSA的增加而变大。本研究为提高QCM液相传感器的灵敏度、降低检测极限提供了思路,其应用范围可拓展至对微生物、蛋白质、血沉以及基因等的检测。