生物医学的迅猛发展,对分析化学提出了更高的要求,分析化学需要在微观的尺度上对生物分子及细胞进行高灵敏度、高选择性、高通量地检测。纳米技术的迅速发展为分析化学打开了一扇大门,特别是与纳米材料相结合的生物传感器和微流控芯片研究,已成为疾病早期诊断和生命分析研究的重要手段。本论文主要利用纳米材料,与特定的研究对象——蛋白质、DNA及细胞相结合,根据各种纳米材料的特性,制备新型的生物传感器和微流控芯片分析系统。论文的第一章绪论部分首先综述了纳米材料的相关研究背景及根据纳米材料的各种特性将其用于分析化学的各种检测手段；其次,介绍了生物传感器的发展及纳米材料在生物传感器中的应用进展；并进一步介绍了微流控芯片的相关研究进展,特别是微流控芯片酶反应器的现状、发展及技术难点等；最后,介绍了本论文工作的主要思路和工作意义。具体的研究工作分为三章,具体内容如下：第二章,建立了基于纳米二氧化钛粒子的蛋白激酶生物传感器,用于检测蛋白激酶及其抑制剂活性,有望在疾病早期诊断及药物研发等领域取得突破。首先通过共价连接的方法将蛋白激酶A的作用底物(肽段Kemptide)固定在金电极表面,在ATP的存在下,蛋白激酶A的作用下,使肽段磷酸化——ATP的γ-磷酸根转移到肽段上。通过FT-IR表征,测得磷酸根和肽段的特征峰分别在923.80 cm-1和1268.23 cm-1处。通过纳米二氧化钛与磷酸根的特异性作用,将纳米二氧化钛标记在肽段上。电极浸泡硝酸银后,在365nm的紫外光照射下,基于二氧化钛的光催化原理,使吸附在二氧化钛粒子表面的银离子被还原成一层纳米银颗粒,通过电化学微分脉冲法来检测纳米银的量,进而实现对蛋白激酶A活性的信号放大检测。该生物传感器对蛋白激酶A的检出限为0.2U/mL,选取蛋白激酶A的一种抑制剂——糅花酸,对其抑制性进行了分析测试,测得IC50为5.5μM。此方法制备的激酶生物传感器也可用于其他种类激酶的检测。第三章,着重研究了纳米分子筛组装微酶反应器用于蛋白质的高效酶解鉴定。通过聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)/纳米分子筛的静电吸附作用,用层层组装技术将其修饰在聚对苯二甲酸乙二醇(PET)微流控芯片通道内,进一步固定胰蛋白酶,构建酶微反应器,用于蛋白质的酶解鉴定,以提高酶解的效率,解决传统酶解时间长、酶自降解等问题。首先,通过扫描电子显微镜(SEM)表征修饰前后芯片通道表面,并对修饰不同层数(PDDA/纳米分子筛)N酶反应器的酶活性和酶解效率进行了比较。结果表明,当N=3时,固定化酶的最大反应速率达到最大,约为350 mM·min-1·μg-1,说明修饰了三层分子筛的酶反应器性能较好,远远大于溶液酶解时胰蛋白酶的活性(0.2 mM·min-1·μg-1)。采用石英微晶体天平和Langmuir吸附等温线,得到酶的最大吸附量为Γmax=1.4×10-6 mol m-2,表明经纳米分子筛修饰的芯片表面具体较大的蛋白吸附能力。将该反应器用于牛血清白蛋白和细胞色素c等蛋白质的酶解,酶解时间从常规的几小时缩短到5秒钟,仍可得到很好的氨基酸序列覆盖度。进一步降低蛋白的浓度,当细胞色素c的浓度低至0.5ng/μL(16 fmol)时,仍能鉴定到11个特征肽段,47%的序列覆盖度。为进一步验证此反应器对蛋白实际样品的酶解鉴定,将小鼠巨噬细胞AMJ2-C8水提取的实际蛋白样品用于该纳米分子筛组装的微反应器进行酶解,并将酶解产物通过强阳离子交换-反相色谱-电喷雾离子化串级质谱(2D-LC-ESI-MS/MS)分离鉴定,总共鉴定得到584个肽段,191个蛋白。此方法建立的酶反应器,方法简单,酶解速度快,效率高。随着微流控芯片各项技术的发展和成熟,微流控芯片的研究对象已不仅仅局限于分子水平。细胞逐渐成为微流控系统研究的主流方向,是因为在微流控芯片中对于细胞的研究更接近细胞在体内的真实状态,同时有易于操纵、可集成化等优势。第四章,首先在毛细管微通道中尝试通过静电吸附-层层组装的技术将多聚赖氨酸修饰在通道表面,利用多聚赖氨酸的正电性和细胞表面的负电性相互作用将细胞固定在毛细管通道中。经过培养,证明细胞在管内可生存至少48小时。此细胞固定方法简单,可用于一般的细胞研究实验。最后,对全文进行了总结,指出了研究中存在的一些不足,并提出了后续工作的研究目标和研究思路。