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微囊藻毒素-Ⅰ.R(Microcystin-LR,MC-LR)是蓝藻水华时出现频率最高、毒性最强、危害最严重的一种微囊藻毒素,长期低剂量摄入可引起肝脏损伤甚至诱发肝癌,对人类健康构成较大威胁。因此,高灵敏性和高选择性地检测水中痕量MC-LR对控制水体富营养化污染和保障生态安全具有重要意义。与常规的分析方法相比,生物传感方法具有操作简单、响应快速、高灵敏性和高选择性等优点,适用于MC-LR的高灵敏性和高选择性检测。本文围绕构建高灵敏的反应界面和增强传感信号等关键技术开展相关研究,建立了基于碳纳米材料的MC-LR光电化学(PEC)免疫传感方法、电化学免疫传感方法、适配子比色传感方法。通过考察所构建的传感方法的线性范围、检出限、选择性,探讨了碳纳米材料增强传感信号的作用机理。研究内容包括以下五方面：(1)采用化学刻蚀法在单晶硅上制备了有序的硅纳米线(SiNWs)阵列结构,经表面修饰石墨烯量子点(GQDs)后得到GQDs/SiNWs电极,该电极的光电流响应分别是单独GQDs电极和SiNWs电极的6.4倍和2.2倍。采用交联法将抗体(Ab)固定在GQDs/SiNWs电极上,制备了Ab/GQDs/SiNWs电极,MC-LR与Ab可形成电活性较低的免疫复合物,增大电极电阻,阻碍体系中电子的迁移,导致光电流响应降低。MC-LR浓度在0.1μg/L-10μg/L范围内与光电流值呈线性关系,检出限为55ng/L(3o-/k),满足世界卫生组织(WHO)与我国规定的饮用水中MC-LR浓度限值(1μg/L)的检测需求。该方法对实际水样的测定结果与LC-MS/MS法相当,回收率为97.8%-117.2%。(2)采用溶剂热法制备了CdS/Gr复合材料,Gr作为电子受体促进CdS中电子-空穴的分离和迁移,增强了光电流响应。通过优化反应条件得出石墨烯氧化物的质量分数为8%时制备出的CdS/Gr具有最强的光电流响应,达到单独CdS的13.6倍。MC-LR与Ab结合后会阻碍体系中的电子迁移,从而降低光电流响应。基于该原理实现了对MC-LR的定量检测,线性范围为0.1μg/L-25μg/L,检出限为21ng/L(3σ/k)。该方法测定实际水样的回收率为98.1%-106.7%。(3)采用水热法分别制备了Gr和碳纳米球(CNSs),以CNSs为载体制备辣根过氧化物酶(HRP)标记的多酶复合物(HRP-CNSs-Ab),提高了HRP的担载量,同时采用Gr修饰电极,提高了电极的比表面积,并可促进HRP催化反应中的电子迁移,从而增强了电流响应。在Gr和CNSs的双信号放大作用下,该体系的电流值比未引入CNSs和Gr体系的电流值提高了约5.1倍。该方法定量检测MC-LR的线性范围为0.05μg/L-15μg/L,检出限为16ng/L(3σ/k),其测定三种不同实际水样的回收率分别为88.0%-107.8%、94.6%-103.0%、99.2%-103.4%。(4)选择G-四链体DNA酶(G4)作为信号分子,羧基化的碳纳米管(CNTs)为载体制备多酶标记的纳米复合物(G4/CNTs/MC-LR),同时采用羧基化的CNTs修饰电极,提高修饰电极的比表面积,并且CNTs作为“分子导线”促进了G4催化H202反应中的电子迁移,增强了该反应中的电流响应。该方法定量检测MC-LR的线性范围为0.01μg/L-7μg/L,检出限为2.31ng/L(3σ/k),其测定实际水样的结果与LC-MS/MS法相当,回收率在91.6%-105.2%之间。(5)采用水热法制备了金纳米颗粒(Au NPs)/Gr纳米催化剂,考察了其过氧化物模拟酶活性。在此基础上发展了一种无标记型适配子比色传感体系,探索了该方法在MC-LR检测中的应用潜力。利用Au NPs/Gr催化H202氧化2,2’-联氨-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺盐(ABTS)时产生的比色信号实现了对MC-LR的定量检测,线性范围是0.01μg/L-1μg/L,检出限为7.14ng/L。综上所述,本论文基于碳纳米材料建立了PEC免疫传感方法和电化学免疫传感方法。在PEC免疫传感方法中,GQDs、Gr作为电子受体促进了PEC免疫传感体系中载流子的分离与迁移,增强了光电流响应；在电化学免疫传感体系中,利用Gr、CNTs促进了酶催化反应中电子的传递,并且CNSs、CNTs作为载体增加了催化酶的担载量,提高了电流响应。在此基础上,结合Ab对MC-LR的特异性识别作用实现了MC-LR的高灵敏性和高选择性检测。