生物活性小分子,比如活性氧、多巴胺等,是生命活动的重要物质,与人类健康息息相关。因此,建立一种生理样品内生物活性小分子快速灵敏的检测体系,对于疾病的预防、诊断和治疗具有重要意义。电化学传感器由于具有操作简便、灵敏度高、响应迅速和易于联机等优势被应用于生命科学和临床医学领域。微电极由于尺寸小、传质速率快、信噪比高、响应时间短等优点,为实现细胞水平超灵敏检测、研究细胞和人体生命活动规律提供了新的途径,已成为电分析化学的前沿领域。与碳纤维和金属纤维电极相比,石墨烯纤维（Graphene fiber,GF）具有机械性能好、结构尺寸可调和易于功能化等优势,可作为微电极用于电化学传感。因此,本论文以GF为研究对象,通过在其表面构筑多级多孔阵列结构和对GF进行元素掺杂增效等手段构建了多种新型功能材料增敏电极传感界面,并探索了其在电化学检测体液、细胞和组织体系生物活性小分子中的应用。主要研究内容如下:（1）为了提高GF的电催化活性,采用两步电沉积法制备了一种金纳米粒子（Au nanoparticles,Au-NPs）包覆的花形二氧化锰纳米线（Mn O2 nanowires,Mn O2-NWs）组装体功能化的GF微电极（Mn O2-NWs@Au-NPs/GF）,并探索了其在电化学检测癌细胞释放的过氧化氢（H2O2）中的应用。由于独特的三维分层复合结构以及Au-NPs和Mn O2-NWs高的电催化活性,所制备的Mn O2-NWs@Au-NPs/GF微电极对H2O2展现了良好的电催化性能。当用于安培检测H2O2时,该复合微电极灵敏度高(32.9μA cm-2 m M-1)、检出限低（1.9μM）、抗干扰能力、重现性和稳定性良好,可用于实时检测人类乳腺癌细胞释放的H2O2,为区分正常细胞与癌细胞以及不同类型癌细胞提供了一种有效方法。（2）为了进一步提升GF的生物相容性和电催化活性,以氧化石墨烯纳米片为构筑单元、环境友好型离子液体（IL）分子为杂原子源,通过湿法共纺和高温热解合成了三种二元共掺杂GF,其中杂原子类型可以通过选择不同的IL分子来调节。在不同的二元共掺杂GF微电极中,氮硼共掺杂的GF（Nitrogen and boron co-doped GF,NBGF）电化学活性面积最大、电荷转移电阻最低,对H2O2展现了最高的电催化活性。用于H2O2的安培检测时,NBGF微电极表现出优异的传感性能以及良好的机械稳定性和生物相容性,灵敏度高达431.37μA cm-2 m M-1,检出限低至350 n M,并且可用于实时检测不同结直肠癌细胞释放的H2O2,通过计算每个细胞释放H2O2的平均量,可以区分不同类型癌细胞以及评估化疗药物的疗效。同时该微电极也可用于原位灵敏检测小鼠结直肠癌肿瘤组织中的H2O2。（3）鉴于纤维电极独特的机械柔韧性,GF也可集成为微流控芯片。基于此,通过溶剂热和低温磷化法制备了一种3D蜂窝状多孔镍钴磷化物纳米片阵列（Nickel cobalt phosphide nanosheet arrays,Ni Co P-NSAs）修饰的GF微电极（Ni Co P-NSAs/GF）;创新性的将其与微流控芯片集成构筑了一种新型电化学微流传感芯片,并成功应用于体液中多巴胺（Dopamine,DA）的检测。蜂窝状Ni Co P-NSAs具有3D多孔结构,提高了微电极的电化学活性面积,有利于活性位点的暴露,显著提升了Ni Co P-NSAs/GF微电极对DA的电催化活性。用于检测DA时,该微电极灵敏度达5.56μA cm-2μM-1,检出限低至13.9 n M,同时选择性、重现性和稳定性良好,可用于原位检测人神经母细胞瘤细胞释放的DA。此外,由该微电极构建的电化学微流传感芯片,也实现了微量尿液和血清样本中DA的灵敏检测。（4）由于DA和抗坏血酸（Ascorbic acid,AA）以及尿酸（Uric acid,UA）在生物体内是普遍共存的,因此为了同时检测AA、DA和UA,本章将酞菁钴和GO混合湿纺并高温热解制备了一种钴氮共掺杂的GF（Cobalt and nitrogen co-doped GF,Co NGF）。由于钴氮共掺杂产生了丰富的缺陷位点,提升了GF的导电性和电催化活性,所制备的Co NGF微电极可用于AA、DA和UA的同时检测,对AA、DA和UA的灵敏度分别为0.056、1.77和1.06μA cm-2μM-1,检出限分别为1.65、0.05和0.17μM。基于该微电极的电化学微流传感芯片,实现了微量尿液样本中AA、DA和UA的同时检测。