糖尿病现下已经成为五大慢性病之首,且没有根治的方法。目前,葡萄糖的快速灵敏检测在糖尿病防治过程中扮演着重要的角色。电化学生物传感器被认为是一种灵敏快速,价格低廉,稳定性出众的葡萄糖检测方法。设计和构建精准的葡萄糖电化学生物传感器对于糖尿病的预防、诊断和治疗以及生物电化学的基础研究具有重要的意义。虽然葡萄糖电化学生物传感器的发展和临床应用已经跨越了半个多世纪,葡萄糖氧化酶（GOx）的固定化和构建灵敏、廉价和可靠的电极传感器仍然面临重大的挑战。以葡萄糖氧化酶直接电化学为基础的第三代葡萄糖检测技术具有成本低、灵敏度高、快速、可靠等优点。通过调控电极表面结构来缩短GOx与电极表面的电子传输距离,是实现蛋白质直接电子转移（DET）的关键一步。生物质源多孔碳纳米材料因其高的生物相容性、丰富的功能性氧化还原官能团和可裁剪的多孔结构,已在能源、环境和催化等领域得到广泛的应用。本论文工作制备了不同生物质来源的多孔碳材料及通过引入金属源改良生物质碳得到的纳米复合材料,将其应用于GOx固定和电化学生物传感器的构建,并以探讨了酶修饰电极界面上直接电子转移的机理。本论文主要研究内容和结果如下:1、第一章绪论部分简要概述了电化学生物传感器包括葡萄糖电化学生物传感器的发展趋势及其在酶固定化,酶传感器界面优化方面的挑战和困境;着重评述了碳纳米材料孔结构在固定酶和电化学传感器方面的作用,以及替代的廉价且制备简单的生物质源碳材料的应用与发展;最后简要介绍了本论文的研究目的、研究内容和创新点。2、第二章是利用静电吸附和自组装的方法,将GOx固定在两种百香果皮（黄金果皮golden peal和紫色果皮purple peal）来源的富孔生物质碳纳米材料（PHPBCs和GDBCs）上,制得无电子媒介体的葡萄糖电化学生物传感器。通过电子显微镜（FESEM）和N2吸附脱附等温曲线对其微观结构和比表面积及孔径分布进行了表征。结果表明,PHPBCs拥有更丰富的孔结构,更大的比表面积(565.63>362.49 m~2g-1（GDBCs）),有助于固定GOx并实现无电子介体的条件下的GOx直接电化学。以之为电极材料构建的葡萄糖电化学生物传感器的检测线性范围分为两段（0.0001-0.82 m M和0.82-3.82 m M）,最低检测限为0.02μM,最高灵敏度为33.40μA m M-1 cm~2。并且该传感器对葡萄糖具有良好的选择性,可以避免样品中共存的其他物质的干扰。3、第三章是以细菌纤维素为生物质源,通过调控碳化温度来实现富介孔碳纳米纤维（BPCNFs）材料的多孔构建,并将该材料用于GOx的固定。在N2饱和及空气饱和的电解液中进行电化学循环伏安检测,通过对空气氧化还原峰电流的观察,可以发现富介孔BPCNFs材料对GOx孔径匹配,具有良好的固定作用,并且能够实现较明显的直接电化学过程;而且N2吸附脱附等温曲线分析表明,材料介孔率可由碳化温度调控。基于该BPCNFs/GOx的电化学传感器对葡萄糖有优良的检测效果,其中最低检测限低至0.023μM,响应时间短为3.7 s,米氏常数为0.61 m M,最高灵敏度高达111.14μA m M-1cm-2,并且具有良好的抗干扰能力。本章证实通过热解温度的调控,可优化多孔材料的结构,有效提高目标分子的吸附或负载,从而实现快速DET。4、第四章采用水热法和高温热解法制备了丝瓜络源三维类石墨烯生物质碳多孔绣球钼夹心复合材料（LSGBC@PSB-Mo）。通过电镜、电化学测试等对所制备的生物质复合材料进行了理化性质和电化学行为研究,并构建了以合成材料为载体固定GOx的酶电极体系测定其直接电化学性质,并研究其对葡萄糖的响应。结果证明,具有独特的绣球夹心三明治结构GOx/LSGBC@PSB-Mo电极具有优异的电化学传感性能,不仅能够促进GOx与电极表面的DET,还能提高GOx的固定量。在最佳实验条件下,葡萄糖浓度在1μM-5.1 m M范围内与其响应电流增量成良好的线性关系最高灵敏度为106.46μA m M-1 cm-2,检测限0.15μM（S/N>3）,响应时间为3.2 s,米氏常数为0.17 m M。此外,本章工作中所制备的GOx/LSGBC@PSB-Mo/GCE传感器灵敏度高,重现性好,具有长期稳定性,而且对葡萄糖的选择性较好。5、第五章是菇凉果源的类普鲁士蓝纳米碳毡（PBL-NFs）的制备及固定GOx实现直接电化学和高灵敏度葡萄糖生物传感器中的应用。首先通过简单的浸泡除杂法、溶剂热法和惰性气氛下的热解法分别制备了Fe纳米棒、类普鲁士蓝立方体（PBLC）和棒与立方体结合的碳毡结构纳米复合材料（PBL-NFs）。通过材料性质和电化学性能测试,发现单独的Fe纳米棒具有良好的导电性但无法固定GOx,PBLC具有良好的GOx固定作用,但是其表面固定的GOx的DET发挥不充分,而PBL-NFs兼具GOx的高效负载和超级电子转移通道（SETCs）两大优点,实现了葡萄糖的高灵敏(124.56μA m M-1 cm-2)检测。综上所述,通过一些廉价的生物质甚至废弃物制备了多种不同结构（蜂窝状、纤维交错型、绣球状和立方体碳毡结构等）的生物质多孔碳及其复合物,用以提高酶电极电催化性能,尤其是用于实现直接电化学传感器应用。该论文提供了新的方法拓展了生物质碳纳米材料及其复合物在新一代电化学生物传感器方面的应用,同时为蛋白质直接电化学的行为和机理提供了科学的解释,因此在生物传感应用中开发可回收可持续材料是大有前景的。