纳米阵列电极作为一种人工组装的纳米结构体系,除了具有单个纳米电极的优势,还具有响应信号大、可操作性强、检测灵敏度高等特点。制备形状和尺寸可控的纳米阵列电极,对其形貌和电化学性能进行客观表征,实现对其性能的有效操控,是目前纳米阵列电极研究的难点和热点领域。为此,本文研究制备金二维纳米圆盘阵列电极(2DNEEs)、三维刷式纳米阵列电极(3DBNEEs)以及半胱氨酸修饰纳米阵列电极(L-Cys/NEEs)的自组装化学修饰方法和工艺,对所制备的电极进行客观表征。研究了3DBNEEs及其修饰电极在生物电化学分析中的应用。研究了以径迹刻蚀的孔密度为(1~5)×108 pore/cm2的聚碳酸酯滤膜为模板,基于化学沉积法制备长度为6μm、直径为30 nm和100 nm,连续的、具有一定强度的金纳米线阵列的方法和工艺。本文设计的滤膜的固定方法,克服了模板在化学镀过程中易变形、下沉的缺陷,为制备性能可靠的纳米阵列电极创造了条件。对化学沉积机理和过程进行了探讨。金在聚碳酸酯滤膜孔中的沉积为还原型镀金,镀液的pH值和温度是影响沉积速度和纳米线质量的关键因素。沉积由单个分散的金晶核开始,逐步扩大合并成为具有多晶结构的表面粗糙的纳米金线。本文发现纳米线的这种结构特点能大大增加三维纳米阵列电极活性面积和电化学活性。采用机械作用和氰化钠稀溶液化学刻蚀相结合能有效去除滤膜表面镀金膜制备2DNEEs。首次采用二氯甲烷和甲醇混合液作为化学刻蚀液,通过控制溶液组分、溶液量和刻蚀时间,将聚碳酸酯滤膜模板可控化学刻蚀减薄,制备出长度可控的金3DBNEEs,较目前文献公开的三维纳米阵列电极长度更均匀、取向更一致。研究了L-半胱氨酸(L-Cys)对NEEs进行自组装化学修饰的方法,制备L-Cys修饰金纳米阵列电极(L-Cys/NEEs)。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量色散X射线光谱(EDX)对制得的纳米线阵列的形貌、组成进行了表征。以Fe(CN)63-/4-为电化学探针对2DNEEs和3DBNEEs的扩散形式、传荷阻抗、Warburg阻抗等进行了研究。Fe(CN)63-/4-在纳米阵列电极上的扩散形式与电极半径、相邻电极间的距离以及扫描速率等因素有关。3DBNEEs具有比2DNEEs更大的响应电流和更小的传荷阻抗。采用循环伏安法、电化学阻抗谱等方法分别以Fe(CN)63-/4-、柔红霉素和金为反应物,对3DBNEEs的活性面积进行了表征。由于受扩散层厚度的影响,Fe(CN)63-/4-表征出的电极活性面积较小;而受吸附过程控制的柔红霉素和金电极表面金原子的电极过程与电极表面状态密切相关,因而能表征出3DBNEEs的表面微观粗糙、活性面积大的特点。该结果对三维纳米阵列电极的客观表征和应用具有理论和实际应用意义。研究了柔红霉素(DNR)在3DBNEEs及L-Cys/3DBNEEs的电化学氧化还原反应过程,确定了其电化学反应速率常数、传递系数、吸附量等参数。采用方波伏安法,研究了金3DBNEEs及L-Cys/3DBNEEs对DNR的定量检测。结果表明,DNR在3DBNEEs及L-Cys/3DB NEEs上均为吸附控制的电极过程,金3DBNEEs及L-Cys/3DBNEEs对DNR的氧化还原反应都具有电催化作用,反应速率常数分别为0.76 s-1和4.6 s-1,比文献报道的钴离子注入玻璃碳电极上DNR的还原反应速率常数分别大2倍和12倍。其中L-Cys/ 3DBNEEs能够更显著地提高DNR的电化学氧化还原电流峰值和还原反应速率,在方波伏安定量检测中具有比3DBNEEs更低的检测极限。检测极限达到1.0×10-8 mol/L。采用3DBNEEs研究了辣根过氧化物酶催化H2O2氧化邻苯二胺酶催化体系的电化学反应特性。酶促反应产物2, 3-二氨基吩嗪在3DBNEEs的还原反应为扩散控制的准可逆过程。方波伏安法对HRP的定量检测极限为1×10-11 mol/L (S/N =3),比常规金电极和文献报道的玻碳电极的结果低1个数量级。综上,3DBNEEs独特的三维阵列和表面微观粗糙结构,更有利于电极性能的改善和设计,对设备的微型化和新型传感器的开发具有重要意义。