电化学生物传感器因其使用方便、灵敏度高、选择性好且易于实现自动化,在分析检测领域中得到了广泛的研究和应用。目前,第三代酶电化学生物传感器正在快速发展,但是它的应用范围存在着较大的局限性。这是由于：(1)缺乏简便的方法固定酶。(2)酶的活性中心在一定程度上被掩蔽,造成酶与电极之间的直接电子传递比较困难。因此,长期以来,研究人员一直在努力探索新的固定方法,以达到高稳定固定,高生物活性保持、简单实用、良好的固定效果及重复性等目的。纳米材料的引入,为构建合适的生物传感器体系提供了机会。纳米材料由于具有表面效应、小体积效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应等因而呈现出有别于块体材料的介观性质。此外,无机纳米材料还具有无毒副作用,良好的生物相容性等性能,可以为酶的固定提供良好的微环境,而且,研究证明,纳米材料能够提高电化学生物传感器的电信号响应灵敏度及稳定性,从而实现酶的直接电化学。本文围绕纳米材料在电化学生物传感器中的应用这一中心,分别制备了介孔二氧化硅微球、导电高分子聚吡咯、无机层状粘土、二氧化钛纳米管,并以这些材料为基体材料负载葡萄糖氧化酶和血红蛋白,构建生物传感器,主要开展了以下几方面的研究工作：1.以中性表面活性剂十六胺为模板、正硅酸乙酯为硅源合成介孔二氧化硅微球,粒径约为1.2μm；并采用NaCl、LiCl和KN03复盐溶液对介孔二氧化硅扩孔,介孔二氧化硅的内部孔径由3.2 nm增大为10 nm左右,粒子的球形结构完整。由于介孔二氧化硅孔道内和外表面有大量的硅羟基,这些硅羟基可以吸附吡咯单体和Fe3+,进而完成聚吡咯在二氧化硅上的原位聚合,聚吡咯层可吸附Hb,构建可检测过氧化氢和亚硝酸钠的生物传感器。由于Hb/MS-PPy复合微球有很大的比表面积,聚吡咯层又有很好的导电性,因此,可加快电子在Hb与电极之间的传递,实现Hb的直接电化学。Hb/MS-PPy复合微球构建的生物传感器对H202的线性检测范围为0.01～1.2 mM,线性相关系数为0.998,在3倍于噪声信号的计算条件下,检测限为5μM；对NaNO2的线性检测范围是0.2～10 mM,线性相关系数为0.998,在3倍于噪声信号的计算条件下,检测限为0.02mM。2.在介孔二氧化硅孔道内吸附封装有铂纳米粒子的树状大分子(Pt-DENs)和葡萄糖氧化酶,形成MS/Pt-DENs/GOx复合微球,高分辨透射电镜照片显示,Pt-DENs很好的吸附在MS的孔道内。MS的孔道结构为固定化酶提供了良好的微环境,Pt-DENs纳米粒子起到了“电子导线”的作用,可以加速电子在酶和电极之间的传递。MS/Pt-DENs/GOx可实现对GOx的直接电化学。MS/Pt-DENs/GOx复合微球构建的生物传感器对葡萄糖的线性检测范围是0.02～10mM,在3倍于噪声信号的计算条件下,检测限为4μM。3.采用超声法制备了改性交联粘土。交联粘土是将交联剂ZrOCl2通过与粘土片层之间的可交换离子发生离子交换后煅烧而成的。粘土经交联和改性处理后具有规整的层状结构和片状形态,片层之间面-面缔合较多,一部分颗粒之间会相互搭接形成孔结构。在无机层状粘土的孔道内吸附封装有铂纳米粒子的树状大分子和葡萄糖氧化酶,形成Pt-DENs/clay/GOx复合材料,扫描电镜照片显示,粘土具有比较规整的层状结构,为固定化酶提供了良好的微环境,Pt-DENs纳米粒子起到了“电子导线”的作用,可以加速电子在酶和电极之间的传递。Pt-DENs/clay/GOx可实现对GOx的直接电化学。Pt-DENs/clay/GOx复合材料构建的生物传感器对葡萄糖的线性检测范围是0.01～16mM,在3倍于噪声信号的计算条件下,检测限为4μM。4.以P25二氧化钛纳米粒子分子为模板,采用水热和碱浸渍的方法制备二氧化钛纳米管。利用静电吸附,在二氧化钛管表面组装吸附封装有铂纳米粒子的树状大分子和葡萄糖氧化酶,形成Pt-DENs/TNTs/GOx复合材料,扫描电镜照片显示,二氧化钛管形状规整,外直径为10～15nm, Pt-DENs纳米粒子起到了“电子导线”的作用,可以加速电子在酶和电极之间的传递。Pt-DENs/TNTs/GOx可实现对GOx的直接电化学。Pt-DENs/TNTs/GOx复合材料构建的生物传感器对葡萄糖的线性检测范围是10μM～12mM,在3倍于噪声信号的计算条件下,检测限为1μM。