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随着人们对癌症早期诊断和治疗的重视,开发高效可靠的对细胞内生物活性物质进行原位实时监测的检测方法意义重大,电化学生物传感系统因灵敏度高、检测速度快、稳定性好和选择性好等优点,在活体检测中展现出重要的应用价值。过氧化氢（H2O2）是一种活性氧（ROS）,与肿瘤细胞等的生理活动密切相关。开发检测癌症生物标记物H2O2的电化学生物传感系统有着巨大的应用前景。本文开发了基于三维多级多孔纳米阵列修饰碳纤维微电极的电化学传感器,实现对H2O2的灵敏检测以及对活癌细胞的原位监测。本文中主要内容如下:（1）设计并制备负载Cu纳米粒子的多级多孔氮掺杂碳纳米泡沫阵列修饰碳纤维微电极并用于H2O2传感。首先,通过高效可控的方法在碳纤维（carbon fiber,CF）上生长高度有序且致密排列的Cu O纳米泡沫阵列（Cu O nanofoam arrays,Cu O-NFAs）。Cu O-NFAs由Cu O纳米颗粒组成,并以此结构为模板来构筑多孔碳泡沫修饰的CF电极。开发了绿色碳化掺杂技术,以多巴胺（dopamine,DA）为碳源和氮源,利用DA自聚合反应在Cu O-NFAs上包覆一层聚多巴胺（polydopamine,PDA）膜得到PDA/Cu O-NFAs/CF电极,高温退火后PDA膜形成氮掺杂碳层（NC）,最后酸刻蚀去除Cu O模板,且酸除模板后碳层几乎保持了与模板相同的结构。高温碳化过程中部分Cu O与碳反应得到Cu纳米粒子（Cu nanoparticles,Cu NPs）而负载在多孔碳结构的表面,即制得负载Cu NPs的氮掺杂碳纳米泡沫阵列（N-dope carbon nanofoam arrays,NC-NFAs）修饰CF的柔性微电极（Cu NPs/NC-NFAs/CF）,且高温碳化提高了碳层的导电性。这种负载Cu NPs多级多孔的结构增加了电极的比表面积和活性位点,提供了大量的电子传输通道,也增大了电极的电化学活性面积（Electrochemically Active Surface Area,ECSA）。基于Cu NPs/NC-NFAs/CF微电极构建的电化学传感系统用于检测H2O2,检出限为2μM,线性范围为0.265-1.665 m M,灵敏度达162.7μA cm-2 m M-1。（2）构建嵌入PdCu合金纳米粒子的多级多孔氮掺杂碳纳米泡沫阵列修饰CF的复合电极,并将其应用于检测癌细胞释放的H2O2。为了进一步提高复合柔性微电极对H2O2的催化活性,我们提出一种新的方法来构建嵌入PdCu合金纳米粒子的多孔碳泡沫阵列修饰CF电极。利用PDA还原性在PDA/Cu O-NFAs/CF表面修饰Pd纳米粒子,高温碳化过程中生成的Cu原子与Pd原子相遇结合形成PdCu合金纳米粒子（PdCu-alloy nanoparticles,PdCu-ANPs）镶嵌在电极材料表面,酸刻蚀Cu O模板制得嵌入PdCu-ANPs的NC-NFAs修饰的CF柔性复合微电极（PdCu-ANPs/NC-NFAs/CF）。该复合电极的ECSA是CF的6倍。结果表明,NC-NFAs独特的多级多孔结构为嵌入高密度PdCu-ANPs提供了大的表面积并促进了电化学反应过程中的传质和分子扩散。利用NC-NFAs载体独特的结构优势和嵌入其中的PdCu-ANPs的优异电催化性能,PdCu-ANPs/NC-NFAs/CF微电极对H2O2表现出良好的电化学感应性能,包括线性范围高达3.44 m M,检测限低至500 n M,以及良好的重现性,稳定性和抗干扰能力。当实时原位追踪不同类型的人类结直肠癌细胞HCT116,HT29,SW48和Lo Vo分泌的H2O2时,它可以通过测量每个细胞释放的胞外H2O2分子的数量来区分癌细胞,这在癌症早期诊断和治疗方面展现出了巨大的希望。