表面分析技术的发展以及分析仪器的改进大大增加了表征材料界面成分和分子结构的能力。通常认为，生物反应一般在溶液相中发生，然而，越来越多的科学研究表明，大多数生物反应其实是发生在界面上的，因此，界面上的生物反应及生物功能化表面已经成为生命科学中的热门领域之一。本论文研究了几种生物分子的界面行为，并且据此构建了几种新型的生物传感器。主要研究成果如下:　　1.基于微悬臂梁金表面的多肽磷酸化的研究　　激酶催化的蛋白磷酸化在信号传导和细胞内各种生命活动中起着非常重要的作用。目前，用于磷酸化研究的方法包括质谱、免疫芯片法、放射线标记法、探针标记的电化学法、光学分析法及激酶的细胞内荧光成像等，酶催化反应一般都涉及到酶或底物的质量、构象及电荷变化，在典型的激酶磷酸化过程中，ATP的γ磷酸基团被转移到了多肽的特定氨基酸上，本章通过实验证明了酶催化多肽磷酸化可以被转化为机械运动，从而将生物信号转化为机械信号。在本项研究中，我们在单面镀金的硅微悬臂梁表面修饰了一个多肽单层，当ATP存在情况下，该多肽可以被激酶磷酸化，而带上一个额外的负电荷，这一额外的电荷导致相邻多肽间斥力发生变化，从而引起微悬臂梁表面张力发生变化，最终使其发生形变。本章的研究表明，微悬臂梁可以用来实时监测酶的催化反应，为酶催化反应提供了一种新的检测手段。　　2.基于微悬臂梁金表面的链取代反应的研究　　在逻辑门、分子马达等DNA装置中，DNA链取代反应都有着非常重要的作用及应用价值。本章中，我们根据DNA分子间碱基互补配对作用的热动力学，设计了数条不同序列的DNA分子，我们将巯基DNA固定于金芯片表面，并采用了1.5nm金胶放大信号，研究其与固定于金芯片表面的巯基功能化DNA的相互作用。首先，我们利用石英晶体微天平(QCM)技术，研究DNA分子在表面的组装、杂交及取代反应，并计算得到其取代效率，随后，利用微悬臂梁芯片多通道的优势，实现了连续两步的取代反应，并且计算得到了所造成的张力变化分别为-0.031N/m与0.029 N/m。这一研究工作表明，生物能可以转化为机械能，为探索生命奥秘提供了新的技术手段。　　3.生物分子层厚度与QCM频率变化关系的理论研究　　QCM是一种利用压电效应而构建的超灵敏称重装置，QCM技术最近已作为一种质量传感器被大量应用于液相环境中。本文中，我们将生物大分子(DNA和蛋白质)固定于QCM芯片的金表面，研究其造成的频率变化，研究发现，当生物大分子的组装密度高于一定临界值时，QCM的信号与生物大分子层的厚度密切相关。在高频振荡下，固定于QCM芯片上的生物大分子能够固化周围的水分子，因而QCM信号只与表面单层的密度及厚度密切相关，假若生物大分子组装层的密度与溶液密度一致，可以得出QCM频率与厚度之间简单的线性关系。本章通过实验及理论研究表明，QCM技术可以被用于测定生物组装层的厚度，从而赋予了QCM技术新的生物学意义。　　4.基于MSO探针及金胶放大作用构建高灵敏汞离子传感器的研究　　本章中，我们利用一段富含胸腺嘧啶(T)的寡链核苷酸(MSO)探针并基于金纳米颗粒的放大作用构建了一个能在极性溶液中检测Hg2+的电化学传感器。所设计的MSO探针首尾各含有七个胸腺嘧啶，中间是一段“沉默”序列，并使其巯基功能，从而使探针固定于金电极表面。当有Hg2+存在时，Hg2+与胸腺嘧啶形成T-Hg2+-T复合物，致使MSO探针形成发夹结构。由于Hg2+可以电化学反应还原为Hg+，因此可以通过电化学信号对Hg+进行定量检测，检测限为1μ M。为了提高灵敏度，我们将MSO探针修饰到用来放大电化学信号的金纳米颗粒上，并且在金纳米颗粒上修饰两段不同序列的DNA，其中一段为MSO探针，另外一段探针与金电极表面预先修饰的捕获探针部分互补，检出限达到0.5 nM(100 ppt)。该传感器对于诸多干扰离子有着高度的选择性，基于金纳米颗粒放大的Hg2+电化学传感器具有高度的选择性与灵敏度，能够满足实际环境中的Hg2+检测的要求。　　5.乳过氧化物酶与伴刀豆球蛋白A共修饰电极电化学活性的研究　　在本章，我们利用乳过氧化物酶(LPO)和伴刀豆球蛋白A(Con A)共修饰金电极，首次得到了乳过氧化物酶的直接电化学响应，在此基础上研究了乳过氧化物酶对过氧化氢(H2O2)的电催化活性，并研究了一氧化氮(NO)对LPO电催化活性的影响。在Con A的作用下，乳过氧化物酶在循环伏安图中显示1对准可逆的氧化还原峰，表现出薄层电化学行为。在pH7.4的磷酸缓冲溶液中的表观氧化还原电位为-190 mV。该共修饰电极对H2O2表现出电催化还原活性，由此构建的传感器对H2O2的检测范围是2×10-5～4×10-3 mol/L。实验发现，微摩尔量级的NO会抑制乳过氧化物酶对H2O2的催化活性。