糖类作为构成生物体的三大生物分子之一,涉及信号传导、细胞粘附、癌症转移等生物学及病理学过程,也是生物体进行新陈代谢所需能量的主要来源。糖类的检测可为重大疾病的早期诊断、药物筛选及糖组学的研究提供新的技术和方法。因此,建立高灵敏、高选择性的糖测定方法极其重要。电化学生物传感器(Electrochemical biosensor)是将特异性分子识别物质如酶、抗原/抗体、DNA、糖等作为分子识别物质固定在换能器上,以电化学信号为检测信号的分析器件。电化学生物传感器以其选择性好、灵敏度高、分析速度快、操作简便、可实现在线、活体分析等特点,在分析化学的研究中起着越来越重要的地位,已广泛用于生命科学、环境分析、药物分析等领域。电化学生物传感器根据是否标记电活性物质分为标记型和非标记型两类。非标记型电化学生物传感器是指利用目标物质与传感器相互作用前后,基于电化学信号的变化而进行检测的传感器。非标记型电化学传感器具有简单的优点。标记型电化学生物传感器是指利用电活性物质进行标记得到信号探针,利用信号探针指示分子识别物质与目标物质相互作用的传感器。标记型的电化学生物传感器以其高灵敏度备受人们的关注。标记型生物传感器中,电活性物质在电极表面的电子传递是电化学的基础。本论文旨在构建简单、灵敏的新型电化学糖传感器,以苯硼酸、凝集素为分子识别物质,研制一种简单的非标记型电化学糖传感器和一种高灵敏度的电化学糖阵列生物传感器,建立测定葡萄糖、乳糖、甘露聚糖、癌胚抗原的分析新方法；通过研究不同状态、不同碱基长度可卡因适体链自组装单层膜末端的二茂铁的电子传递规律,研究电活性物质在不同电极表面的电子转移行为,揭示生物传感信号传导、识别反应和响应模式对传感器灵敏度和选择性影响的一些规律。本论文内容包含两部分：第一部分为综述,第二部分为研究报告。第一章为引言。简要介绍了糖的定义、分类及生物学意义,概述了糖生物传感器与分类,着重评述了电化学糖生物传感器的研究进展,简要介绍了电化学电子传递的规律与机理研究,最后阐述本论文的研究内容及意义。第二章为基于苯硼酸为识别物质的电化学阻抗糖传感器的研究。以苯硼酸为分子识别物质,利用巯基自组装法将半胱胺与4-甲酰基苯硼酸反应形成的Schiff’s碱固定于金电极表面,构建了检测葡萄糖、乳糖、甘露聚糖的电化学阻抗糖传感器。根据传感器结合糖前后电子转移阻抗值的变化(△Ret),分别进行了葡萄糖、乳糖、甘露聚糖的分析测定。在优化的实验条件下,ARet与葡萄糖的浓度在5.05×10-9～5.05×10-5mol·L-1之间呈良好的线性关系,检出限为9.7×10-10mol·L-1(S/N=3);△Ret与乳糖的浓度在2.78×10-9～2.78×10-4mol·L-1之间呈良好的线性关系,检出限为8.1×10-10mol·L-1(S/N=3)；△Ret与甘露聚糖的浓度在4.35×10-9～4.35×10-5mol·L-1之间呈良好的线性关系,检出限为3.4×10-10mol·L-1(S/N=3)。该方法简单、灵敏、成本低,可用于不同种类糖的分析检测。第三章为基于金纳米与酶双重信号放大的电化学糖阵列生物传感器的研究。以凝集素为分子识别物质,在金纳米修饰碳阵列电极上,利用自组装和共价键合技术固定不同的凝集素,构建糖生物传感器。以辣根过氧化物酶为电化学标记物,建立夹心法检测癌胚抗原的电化学传感方法。金纳米粒子的高比表面积,为凝集素的高负载提供载体,建立在弱相互作用下基于糖簇效应的高灵敏度检测糖蛋白癌胚抗原(CEA)的生物传感方法。在优化的实验条件下,以刀豆凝集素(ConA)和麦胚凝集素(WGA)为分子识别物质时,催化电流变化值与CEA浓度在1.0ng/mL～10ng/mL范围内呈较好线性关系,检测限分别为0.3、0.1ng/mL；以小扁豆凝集素(LCA)作为分子识别物质时,催化电流变化值与CEA浓度在0.5ng/mL～10ng/mL范围内呈较好线性关系,检测限为0.05ng/mL。研究不同凝集素与糖蛋白之间的相互作用,进行CEA上糖链的分型分析。第四章为可卡因适体链自组装膜上二茂铁电子传递动力学的研究。通过巯基自组装将5’末端巯基修饰二茂铁标记电化学探针固定到电极上制备电化学适体传感器。研究不同状态、不同碱基长度可卡因适体链自组装单层膜末端的二茂铁的电子传递动力学行为,考察适体与目标可卡因、完全互补DNA结合前后电子转移动力学的变化,研究电活性物质在不同电极表面的电子转移行为。结果发现,自组装膜封闭后,末端二茂铁电化学电子转移速度增大,与目标可卡因和完全互补DNA链结合后,电子转移速率也增大；适体链碱基数为32和52时,末端二茂铁在电极表面表现出类似的电化学行为,异相反应速率常数变化较小,且与短链自组装膜的电子传递规律变化一致。本论文以苯硼酸、凝集素为分子识别物质,以交流阻抗法和差分脉冲伏安法为检测技术,研制了一种简单的非标记型电化学糖传感器和一种高灵敏度的电化学糖阵列生物传感器,建立了测定葡萄糖、乳糖、甘露聚糖、癌胚抗原的分析新方法；以循环伏安法为检测技术,通过研究不同状态、不同碱基长度可卡因适体链自组装单层膜末端的二茂铁的电子传递规律,研究电活性物质在不同电极表面的电子转移行为。本工作不仅为电化学糖传感器的设计提供思路,为临床疾病的早期诊断和治疗提供具有潜在应用价值的分析器件,也为生物传感信号传导、识别反应和响应模式提供了一些规律性认识,对生物传感器和生命科学的发展具有重要意义。