随着纳米技术的蓬勃发展，各种纳米材料已被应用到分析化学领域，从而为该领域打开了新的天地。纳米材料具有各种优良的特性，包括加速电子传递的能力、独特的催化性能、反应活性、吸附性能以及生物相容性等，研究其在生命电分析中的应用，对于提出新的测试原理和检测技术，发展新型、灵敏的电化学生物传感器具有重要的现实意义。本文以功能性纳米材料的合成以及在电化学生物传感器中的应用为中心，具体开展了以下几个方面的工作:　　1.基于二氧化锰纳米粒子修饰电极对过氧化氢的双催化性能的胆碱传感器　　发现MnO2纳米粒子修饰电极对H2O2的氧化和还原表现出双向催化能力，提出了可能的反应机理。基于这种性质，我们利用简便易行的电化学沉积的方法制备了壳聚糖、胆碱氧化酶(ChOx)和MnO2生物复合物修饰的玻碳电极作为胆碱传感器。这种均一的生物复合物可以很好地保持酶的活性。方波伏安曲线结果表明，催化还原电流随胆碱的浓度的增加而增加，线性范围在1.0×10-5-2.1×10-3M。抗坏血酸和尿酸不会造成干扰。传感器具有良好的重现性和稳定性。　　2.不同纳米结构的MnO2对H2O2电化学传感及胆碱生物传感性能的影响研究　　在前一章的基础上，我们进一步合成了不同晶形和尺度的二氧化锰材料（α-MnO2纳米粒子和β-MnO2纳米线），对其进行透射电镜、X射线衍射和BET比表面积表征。通过直接的电化学沉积的方法，MnO2纳米材料和壳聚糖水凝胶共沉积到玻碳电极的表面，讨论了三种不同材料（无定形MnO2纳米粒子，α-MnO2纳米粒子和β-MnO2纳米线）对H2O2传感性能与纳米结构的关系。实验结果表明，每单位质量无定形MnO2纳米粒子对H2O2产生的催化氧化电流比每单位质量α-MnO2和β-MnO2纳米材料产生的催化氧化电流大得多;每单位表面积无定形MnO2纳米粒子对H2O2产生的催化氧化电流和每单位表面积α-MnO2纳米粒子产生的催化氧化电流一样大，但是比每单位表面积β-MnO2纳米线产生的催化氧化电流小很多。三种修饰电极对H2O2的双向催化活性不同，其中无定形MnO2＞α-MnO2＞β-MnO2。　　进一步通过在玻碳电极表面共沉积壳聚糖、胆碱氧化酶(ChOx)和不同的MnO2纳米材料制备了胆碱生物传感器。在安培检测中，晶形MnO2制备的传感器比无定形MnO2制备的传感器对胆碱的响应更快。β-MnO2、α-MnO2和无定形MnO2制备的传感器对同浓度胆碱的响应时间分别为8秒、25秒和5分钟。这些实验结果与MnO2材料的比表面积、晶形结构和尺度维数以及沉积在电极表面的MnO2的量有关。在氯化胆碱的安培检测中，基于α-MnO2纳米粒子的生物传感器线性范围为2.0×10-6-5.8×10-4M，检出限为1.0μM;基于β-MnO2纳米线的生物传感器线性范围为1.0×10-6-7.9×10-4M，检出限为0.3μM。该研究结果为选择性能优良传感材料提供了很好的借鉴。　　3.二氧化锰纳米线修饰电极对半胱氨酸的选择性测定研究　　利用壳聚糖和β-MnO2纳米线共电沉积制备的玻碳电极，实现了电化学方法对半胱氨酸的选择性测定。该修饰电极对半胱氨酸的氧化表现出良好的电催化作用。其反应机制涉及到表面复合物的形成:在半胱氨酸和MnO2的反应中，-SH是反应基团，而-NH2的N原子通过和Mn原子发生配位起到稳定该表面复合物的作用。这种作用机制使该修饰电极对半胱氨酸显示了选择性响应的能力，其它19种常见氨基酸在浓度为半胱氨酸20倍时不会造成干扰;而且像谷胱甘肽、胱氨酸和牛血清蛋白等含-SH或S-S双键的生物物质，由于空间位阻和S-S双键的惰性，也不会干扰半胱氨酸的测定。在优化条件下，该修饰电极测定半胱氨酸的线性范围为0.5-630μM，检测限为70 nM。　　4.对苯二胺在MnO2纳米线修饰电极上的选择性测定——种特殊前行化学反应机制的应用研究　　发展了一种利用β-MnO2纳米线修饰玻碳电极进行选择性测定染发剂中对苯二胺的新方法。利用循环伏安方法结合紫外可见(UV-Vis)光谱表征，证明对苯二胺在修饰电极表面的过程是一种特殊的前行化学反应过程（CE，化学反应和电子转移），即对苯二胺先和MnO2纳米线发生反应生成二亚胺类物质，MnO2改变了对苯二胺本身在电极表面的两电子两质子氧化还原平衡，使得还原电流明显增强。利用安培法在电位为0V（相对于饱和甘汞电极SCE）测定时，染发剂中的其它主要成分均不会干扰对苯二胺的测定，包括邻苯二胺、间苯二胺、邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚，因为这些物质与MnO2的反应活性比对苯二胺低很多。测定对苯二胺的线性范围为0.2-150μM，检测限为50nM。无需预分离处理，该修饰电极成功用于分析检测商品染发剂中对苯二胺的含量。　　5.基于Fe3O4/Au磁性复合材料上银增强的超灵敏DNA电化学检测方法研究　　本章发展了一种利用Fe3O4/Au磁性纳米复合物作为DNA标记物并结合银增强技术实现DNA灵敏检测的电化学方法。利用层层组装技术，制备的Fe3O4纳米粒子形成包裹了两层聚电解质PSS和PDDA的纳米团簇，进而该结构表面可以吸附大量的金纳米粒子(AuNPs)。Fe3O4磁性材料的使用使得制备过程通过磁性分离变得方便易行。通过Au-S键作用，制备的复合物材料用作DNA探针标记物，杂化后在金标记物表面催化沉积银单质，利用阳极溶出伏安法(ASV)对沉积的银进行检测。对27个碱基序列的目标DNA进行测定的检测限可达100aM，比对照实验中利用单个金纳米粒子作为标记物时的检测限低800倍。这种磁性复合物在其它生物识别体系的检测中也具有很大应用潜力。