电化学生物传感器因其选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能够在复杂体系中在线连续监测等优点,被广泛用于临床医学诊断、药物分析、科学研究、健康监测等领域。然而由于天然酶的稳定性差、纳米酶的选择性不理想,电化学传感器依然面临灵敏度、准确性、稳定性不足等问题。本论文在总结电化学生物传感器的发展历史和研究现状的基础上,以提高电化学传感器的综合性能为目的,把传感器电极构建作为研究重点,从敏感材料的有效固定、电子的快速传输、信号的高效采集和提升电极的稳定性四个方面着手,通过对电极结构的设计、电极材料的优选、制备方法的优化、纳米酶筛选复合等,找到了几种构建性能优异的电化学传感电极的有效方法,并实现了对葡萄糖和过氧化氢的灵敏检测。全文的主要研究内容如下:1.基于葡萄糖氧化酶的多功能层耦合电化学传感器的构建及其葡萄糖检测酶因其特异性识别能力在电化学生物检测与分析中极具潜力。然而,传统电化学酶传感器的稳定性不足和电子传递能力有限,严重阻碍了其实际应用。本工作以透明质酸钠（SH）为保护层,MXene-Ti3C2/葡萄糖氧化酶（GOD）为反应层,壳聚糖（CS）/还原氧化石墨烯（r GO）为粘附层,提出了一种简单有效的提高酶传感器稳定性的方法。结果表明,在提高反应层与电极之间的粘附性后,制备电化学酶传感电极的可重复性提高了73.3%,其响应能力也大大提高。此外,有SH保护层的传感电极的稳定性优于无保护层的电极,连续使用10天后还具备优异的响应能力。最后,我们将其用于人体血清中葡萄糖浓度的检测,考察了多层耦合设计的葡萄糖酶传感器的实用性。2.配位辅助微流控技术构建稳定的血红蛋白基酶传感电极用于H2O2检测上一个工作有效改善了酶传感电极的重复性,在本工作中,我们通过一步法原位组装制备具有保护层和粘附层的酶传感电极,进一步增强酶传感电极的稳定性。利用疏水离子液体（HIL）配位辅助微流控技术构建了血红蛋白（Hb）酶传感器,实现了H2O2的稳定灵敏检测。首先利用具有良好溶解性、吸附性和稳定性的疏水离子液体（HIL）,充当“双手武器”固定Hb形成活性层HIL@Hb。一方面,HIL的咪唑阳离子可以与Hb的亚铁离子配位,实现Hb的有效固定;另一方面,在疏水和静电相互作用的驱动下,有助于Hb内多肽的展开,保证其构象的动态迁移,以维持其生物催化活性,进一步利用微流控通道保证Hb的均匀分散。此外,采用超薄MXene-Ti3C2纳米片对电极表面进行修饰,既保证活性层的有效粘附和传感信号的采集,又因为MXene-Ti3C2对H2O2良好电催化效应提高了传感器的灵敏度。实验结果表明,所设计的传感器具有良好的重复性和稳定性,同一根电极连续使用30次后,其初始电流响应保持率可达93%,使用30天后,其对H2O2的初始电流响应保持率可达90.11%。3.MXene@Ce PO4纳米酶的构建及其生物检测与诊疗基于以上工作,我们发现酶传感电极的热稳定性仍是一大挑战。随着纳米材料的发展,纳米酶引起了广泛关注。纳米酶具有稳定性好,容易制备等优点,其既有纳米材料独特的性能,又具有模拟酶的催化功能。因此,我们把目标转向了稳定性好的纳米酶传感器。但纳米酶也面临选择性不理想的问题。在本工作中,我们在诸多纳米酶中,优选出选择性较好并且生物相容性良好的磷酸铈（Ce PO4）作为纳米酶,由于Ce3+和Ce4+之间的快速转换,Ce PO4纳米酶具有较好的类过氧化物酶催化活性。但其导电性较差,不利于电子的传导。因此进一步与导电性良好且对H2O2具有良好催化活性的MXene-Ti3C2纳米片复合。通过探究温度对MXene@Ce PO4纳米酶晶核形成速度的影响,发现在–20℃下,Ce PO4纳米线能够在MXene-Ti3C2纳米片表面均匀生长,形成具有稳定网络结构的3D MXene@Ce PO4纳米酶,实现H2O2快速灵敏检测。此外,我们还发现MXene@Ce PO4纳米酶具有优异的近红外光吸收能力,可用于光热治疗杀死癌细胞,实验结果表明MXene@Ce PO4纳米酶具有良好的光热抗菌和光热治疗乳腺癌的作用。本研究发现了一种优异的纳米酶,可用于高选择性的检测分析H2O2,同时这种纳米酶独特的光热特性,为光热增强纳米酶的构建拓展了思路。综上所述,在本研究工作中,我们通过对酶传感电极的功能性设计和优化,提高了酶类型电化学传感器的稳定性;将高导电性的MXene-Ti3C2与具有类酶特性的Ce PO4巧妙地复合在一起,不但实现了生物小分子的高选择性灵敏检测,还可以用于光热诊疗。这些工作为推动电化学传感器的实际应用提供了一些新思路,也为功能型纳米酶的构建提供了新的视角。