近年来,生物传感器在医疗诊断、食品工业、生物技术等诸多领域都扮演着举足轻重的角色。尤其是电化学生物传感器因灵敏度高、操作简单、成本低、能实时监测等特点而备受关注。电化学生物传感器包括酶传感和非酶传感两种。由于生物酶不稳定且容易失活、固定步骤复杂、成本高昂等缺点而限制了电化学酶传感器的发展。纳米材料的发展为构建特异催化活性表面提供了更多可能,推动了整个电化学非酶传感器的发展。为了深入地理解各种纳米材料在电化学非酶传感器中所起的作用,根据需要制备满足需求的纳米材料,设计更加高效理想的非酶传感器,我们在综述电化学非酶传感器发展和常用的电极修饰材料的基础上,展开实验,研究了纳米材料的组成和检测体系对电化学非酶传感器性能的影响。全文内容如下:1、由于固态催化剂的性质是由在原子水平的表面化学组成和结构所决定,还受催化剂的形貌、分散度、晶粒大小和表面特性等影响。为了研究催化剂的化学组成对其催化生物小分子性能的影响,我们选用静电纺丝技术,通过实验参数的调控纺织了一批尺寸大小和微观结构非常相似的WO3,Co3O4和CoWO4纳米纤维,研究了这些纳米纤维的物质组成对其生物催化能力的影响。电化学结果表明二元金属氧化物CoWO4纳米纤维对H₂O₂氧化呈现出显著的电催化活性,明显优于相同织构的WO3和Co3O4。这一结果表明催化剂的化学组成对非酶传感器的电化学性能有很大的影响,其理想的测试电位密切依赖于检测电极表面催化剂的化学组成。2、我们的第一个工作证明了纳米材料的化学组成与其电催化生物小分子的活性密切相关,纳米材料本身的电化学反应会介导它参与的催化反应,我们第一个工作中的设计的二元金属氧化物的催化活性优于一元金属氧化物,但又该如何设计多元金属氧化物呢?在本工作中,我们将二元金属氧化物的阴离子保持不变,选择具有电活性Ni2+和非电活性Ca2+的两种金属离子,仍然用电纺技术制备出具有相似形貌和微观结构的一维CaMoO4和NiMoO₄纳米纤维。以它们作为非酶葡萄糖传感器的修饰电极电极材料,研究了他们电催化能力的差异。实验结果表明NiMoO₄传感器对葡萄糖的催化活性比大多数报道的NiO和Co3O4催化剂高,甚至高于CaMoO4,这一结果表明当催化剂的组成相似时,可以参与反应的金属活性中心越多,其催化活性越高。这个工作为设计优异的非酶葡萄糖传感催化剂提供一个新的路径。3、大多数纳米材料在碱性体系中检测生物分子的催化活性高,但是碱性体系不利于生物分子实时分析。事实上,在中性体系中的生物检测更接近于实际的生物体系。为了探究不同的检测体系对生物催化活性的影响,我们基于电纺技术设计合成了相似微观结构的NiO和SnO2纳米管应用于非酶传感器中。实验结果表示纳米材料在碱性体系中检测生物分子的催化活性高于中性体系,纳米材料本身的电化学反应的在碱性体系中更容易进行,通过介导反应加强对生物分子的催化,而本工作中发现两性氧化物SnO2在碱性体系中的电化学性质不稳定,在中性体系中检测H₂O₂时更稳定且催化活性更好,更接近实际的生物体系,这为电化学非酶传感器找到类似的仿生酶和特定催化剂纳米材料修饰在电极表面提供了一个新的希望。