随着纳米材料的蓬勃发展,多种多样性能优良的纳米材料被开发出来,而这些材料因其具有独特的光、电、热、化学和力学等性能而在军用、民用和医用等多个领域发挥着至关重要的作用。近年来,纳米材料在生物检测和分子逻辑计算研究方面展示了惊人的前景,已成为电分析化学与纳米材料领域研究的热点之一。虽然纳米材料在这些领域的发展研究已经取得了一定的进展,然而,在实际应用中还面临着许多的不足和挑战。本工作从多种纳米材料的合成入手,研究了其在电分析化学领域的应用。本论文研究的内容主要分为两部分,第一部分以纳米材料的合成与组装为平台,结合电分析化学方法,研究了其在生物传感领域的应用。第二部分以纳米材料的合成为平台,结合荧光共振能量转移为基础,研究了分子逻辑计算的应用。取得的成果如下:[1]采用同轴静电纺丝法,制备了具有三维多孔结构的氧化锌-氧化铜复合纳米材料电极。以FTO作为电极载体,通过控制同轴静电纺丝的时间,制备具有不同厚度的氧化锌-氧化铜复合纳米材料,并将其制备成三维多孔氧化锌-氧化铜电极。采用电分析化学的方法,在无酶条件下,实现了电极对葡萄糖的高灵敏度检测,其灵敏度为3066.4μAm M-1cm-2,线性范围为0.47μM-1.6m M,最低检测限为0.21μM。[2]利用水热法合成了具有不同长径比的金纳米棒,并且利用相同方法制备了金纳米粒子作为对比实验,以玻碳电极作为载体,制备出了具有不同长径比的金纳米棒电极。利用电分析化学方法,在无酶免标记的条件下,实现了电极对肝癌的标记物--甲胎蛋白的高灵敏度检测,其线性范围为0.1-200ng/ml,最低检测限为0.04ng/ml。[3]首先,利用水热法合成了金纳米粒子,其次,通过研究多聚A碱基修饰的DNA序列在不同p H值条件下与金纳米粒子的连接情况,实验证实,得到多聚A碱基修饰的DNA序列在p H=3的条件下能够快速的与金纳米粒子连接。通过碱基互补配对原则,将另一条荧光修饰的DNA序列与金纳米粒子上的DNA序列发生互补配对反应,以此为反应基底,以不同的DNA序列作为输入信号,实现了一系列先进的分子逻辑门电路,即半加器、半减器、2-1和4-2编码器。[4]首先,制备氧化石墨烯,其次,利用氧化石墨烯通过π-π键能够吸附单链DNA序列,并且通过共振能量转移而猝灭一些荧光基团的特殊性质,将荧光修饰的单链DNA序列与氧化石墨烯相结合作为反应模板,实现了多种二进制分子逻辑门电路,即全加器、全减器和多数选择器。[5]在上一个工作的基础上,利用氧化石墨烯和DNA结合的反应基底进一步实现了先进的逻辑门电路,即奇偶校验器和质数辨别器。[6]为了实现可逆的逻辑运算,通过将GO和单链DNA相结合,并通过DNA间的杂交反应,简单高效且可重复的实现了可逆的先进逻辑门。[7]为了克服二进制分子逻辑门电路的不足之处,利用氧化石墨烯连接荧光修饰DNA模板的多功能性,设计并且成功实现了三进制逻辑门电路,即三态OR和三态INHIBIT逻辑门电路。