石墨烯因其巨大的比表面积、优异的机械性能和出色的电学特性,被认为是一种未来革命性的材料,在生物传感、储能、吸附等领域有良好的应用前景。而电化学传感器拥有灵敏度高、选择性好、制备与操作简易、成本低廉以及可实时检测等特点,将其与石墨烯相结合,不仅丰富了传感器的电极修饰材料,而且能够构建具有独特性能的电化学传感器,使其在生物小分子检测等方面得到快速发展。本论文先后合成三维石墨烯(3D-G)和氮掺杂三维石墨烯(3D-NG),并构建一系列石墨烯基电化学生物传感器,用于定量检测抗坏血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)和对乙酰氨基酚(AP)四种生物小分子,并取得了较好的实验成果,主要内容包括以下几个方面:(1)以氧化石墨烯(GO)为前驱体,在乙二胺(EDA)的诱导作用和饱和四硼酸钠(SBS)的交联作用下,采用简单的水热反应合成3D-G水凝胶,再通过透析和冷冻干燥后,获得3D-G。随后,以透析后的3D-G水凝胶作为前驱体,以尿素作为氮源与还原剂,经进一步水热反应,再通过冷冻干燥,获得3D-NG。此外,采用TEM、SEM、Raman、XRD、XPS以及电化学检测等3D-G和3D-NG进行表征。结果表明,3D-G和3D-NG均具有较为均匀的三维多孔状结构,为其提供了更大的有效比表面积,也为后期的生物小分子检测提供了更多的活性位点。(2)将分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的3D-G滴加到玻碳电极表面,经自然干燥后构建3D-G基电化学传感平台,并系统探究了 AA、DA、UA和AP在3D-G电化学传感器上的电化学行为。由于3D-G巨大的有效比表面积为电化学检测提供了更大的电子转移场所和较多的活性位点,在DPV检测时,AA、DA、UA和AP的峰电位差均在0.083 V以上,能够有效区分四个氧化峰。当单独检测任意一种物质时,AA、DA、UA和AP的线性范围分别为500-8000、20-800、20-1000和5-800 μM,最低检测限分别为91.2、4.1、4.2和1.1μM(S/N=3)。当同时检测AA、DA、UA和AP时,线性范围分别为300-5000、40-500、60-400和40-400 μM,检测限分别为61.2、8.2、12.1和8.2 μM(S/N=3),均取得较宽的线性范围和较低的检测限。此外,该传感器具有较好的重复性、稳定性和选择性,在人体尿样的实际检测中也取得了较好的结果。可见,3D-G在构建高灵敏电化学传感器方面具有很好的应用前景。(3)将分散于DMF中的3D-NG滴加到玻碳电极表面,经自然干燥后构建3D-NG电化学传感平台。由于氮原子取代了石墨烯中的少部分碳原子,改变了其带隙宽度,为后续的电化学检测提供了更多的活性位点,进一步提升了传感器的检测性能。在DPV检测时,AA、DA、UA和AP的峰电位差均在0.080 V以上,能够有效区分四个氧化峰。实验结果表明,相对于3D-G基电化学传感器,3D-NG基电化学传感器在单独或同时检测AA、DA、UA和AP时,均表现出更宽的线性范围和更低的检测限。其中,当单独检测任意一种物质时,3D-NG基电化学传感器的检测范围分别为20-10000、1-1000、0.5-1000 和 0.1-600 μM,最低检测限分别为 3.91、0.26、0.12 和 0.02μM(S/N=3)。同时检测时,AA、DA、UA和AP的线性范围分别为100-7000、2-600、1-800和10-550 μM,最低检测限分别为24.33、0.37、0.21和1.87 μM(S/N=3)。此外,该传感器的重复性、稳定性和选择性表现优异,在实际样品检测中也取得了较好的结果,在设计具有同时检测能力的电化学传感器方面具有更大的应用潜力。