本论文主要研究目的在于构造和发展性能优良的以直接电化学为基础的第三代生物传感器，并将其用于对环境和生命相关的重要物质的检测。新型室温离子液体和纳米材料在生物传感方面的研究和应用才处于起步阶段，有很多未知的领域等待我们去探索和发现。我们将这两种类型的材料用来构造新颖的生物传感界面，对其在酶和蛋白质的直接电化学和生物传感器方面的应用性能进行了探索性的研究。这些研究对于构造第三代性能优良的生物传感器和提高现有的生物传感器的性能能够提供新的思路和机遇。本论文主要做了以下几方面的研究工作：1．我们首次将室温离子液体和生物聚合物壳聚糖结合起来形成了一个新颖的复合材料，以辣根过氧化物酶和血红蛋白为模拟蛋白质对这个复合体系进行了详细的研究，发现这种基于室温离子液体的复合材料对酶和蛋白质具有很好的生物相容性，能够同时带来聚合物和离子液体的一些有利的性质，不仅可以大大提高酶和蛋白质的热稳定性，同时室温离子液体自身优异的离子导电能力以及其与蛋白质之间的相互作用（尤其是氢键的形成）可以极大的促进酶和蛋白质与电极之间的电子传输，克服了以往酶和蛋白质与基底电极之间的电子传输效率低的问题，并且可以大大提高固定在电极表面的酶和蛋白质的长期稳定性。以此复合材料为基础构建的酶电极实现了针对一些环境和生命相关的重要物质（如有机卤污染物三氯乙酸、过氧化氢等）的检测。将室温离子液体诱陷在壳聚糖中为离子液体在很多领域（如生物传感、生物催化以及固态电子学等）的应用提供了新的机遇。这种基于新型室温离子液体的复合体系，是用于诱陷和固定蛋白质的一个很有希望的基底，以其为基底构建生物传感界面，能够为氧化还原蛋白质和酶的直接电化学的研究提供新的平台，对于构建性能优良的第三代生物传感器具有重要的意义。2．我们从纳米材料的优良性能着眼，设计合成和选择了几种具有新颖结构和性质的纳米材料，将它们首次用于构造新型的纳米生物传感器并对它们的生物传感性能进行了研究。研究了生物相容性纳米结构膜对于生物分子活性的影响及在生物分子固定化中的作用，探讨了纳米材料的组成、尺寸、结构、官能团、生物相容性、换能能力等在酶和蛋白质的直接电子传输和生物活性方面的影响，为发展新颖的基于直接电子传输的纳米生物传感器奠定了一定的基础。主要探索了以下三个体系：（1）富含羟基的氧化锑溴化物纳米棒我们通过水热方法首次合成了一种富含羟基的氧化锑溴化物纳米棒(分子式为Sb₈O₁₀（OH）₂Br₂，缩写为AOB)，这种化合物富含官能团羟基，其通过亲水的表面提供的水样的环境对蛋白质的稳定非常重要，具有很好的生物相容性。我们将这种纳米棒与壳聚糖复合形成一种生物形容性的有机无机杂合材料并作为基质用于固定辣根过氧化物酶，实验结果证明辣根过氧化物酶在这种纳米复合材料中保持了很好的生物活性并实现了明显促进的直接电子传输。以此复合材料为基础构建的生物传感器在对生命中间体过氧化氢的检测中显示了优良的性能。这种基于氧化锑溴化物纳米棒的有机无机复合材料能够用于固定多种蛋白质和酶，有望广泛应用于生物医疗检测和环境分析。（2）海绵状Co₃O₄纳米片我们合成了一种具有分层结构的海绵状Co₃O₄纳米片，将这种纳米片与导电聚合物结合起来用作酶的固定基底，不仅可以提高基底与蛋白质结合的活性表面积，而且Co₃O₄分层的多孔的纳米结构能够为固定的酶保持其生物活性提供一个保护性的微环境，同时为底物接近固定的酶提供很多通道。基于海绵状Co₃O₄构建的纳米生物传感界面，实现了血红蛋白和电极之间快的电子转移(异向电子转移速率常数k_s为2.9 s^-1)。构造的酶电极的表观Michaelis-Menten(K_M^app)常数为0.136 mM，传感器灵敏度高达396 mA cm^-2 M^-1，说明诱陷在纳米复合膜中的Hb对过氧化氢表现出了极高的类似过氧化物酶的生物催化活性。我们构造的这种基于Co₃O₄纳米结构的生物传感器有望能够为第三代纳米生物传感器的发展提供新的思路。（3）碳纳米纤维我们将直径约80nm的碳纳米纤维和质子导电聚合物Nafion的复合材料作为酶的固定基底用于构造无媒介体的生物传感器，由于碳纳米纤维固有的优良导电性，其在这种生物传感界面中既起到了信号换能的作用，又可以作为“电子导线”促进蛋白质与电极之间的电子传输。红外光谱研究发现血红蛋白在这种基于碳纳米纤维的复合膜中保持了其固有的二级结构。电化学研究证明血红蛋白在基于碳纳米纤维的复合膜修饰的电极上具有快的电子转移速率常数，异向电子转移速率常数为2.4 s^-1。传感器的线性范围为1到360 μM，而灵敏度则高达459.2 mA cm^-2M^-1，优于传统的传感器，显示了基于碳纳米纤维构建的纳米生物传感器的优良性能。碳纳米纤维是一种用于构造无媒介体的生物传感器的理想平台，有望在生物传感器、生物燃料电池、生物医疗中得到广泛的应用。