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扫描电化学显微镜（SECM）自问世以来,已被应用于多种多样的生物分析问题。在分析生物样品中,包括活细胞和固定化的生物大分子,例如酶,抗体和DNA片段方面,SECM都已经取得了相当大的进展。与其他扫描探针技术相比,SECM不仅可以观察到生物的形貌,而且更重要的是可以高空间分辨率地收集到生物表面的化学信息。SECM作为一种成像技术,对提高SECM扫描成像分辨率一直是SECM研究工作者追求的目标之一。因此,人们一方面努力制备更小的微纳米探针来提高成像分辨率,另一方面,从理论上探讨影响SECM的成像分辨率的因素,以便在实验中获得最佳的SECM扫描成像条件。因此,使用数学公式来描述SECM成像分辨率,更为准确地阐明SECM成像分辨率与实验参数的关系,有助于指导在实验中获得最佳成像分辨率,也有利于SECM在生物成像等方面的深入应用。另一方面,SECM在生物样品分析中,原位细胞监测具有强大的优势和广泛的应用场景。细胞作为监测的对象,细胞膜和细胞外pH都与细胞的生理活性密切相关,可以反映细胞的生理状态。因此,研究不同功能的探针以发展SECM原位监测细胞膜通透性的变化和细胞外pH的变化是很有必要的,这对观察细胞的生理状态及时监控细胞病变过程具有重要意义。本论文首先通过刻蚀玻璃封装法制备了多种不同功能的SECM探针。通过使用自制的一系列不同尺寸金盘微电极探针对我们提出的SECM反馈模式下的扫描成像分辨率理论进行了讨论和验证。使用自制的铜-金双电极探针实现了原位监测铜离子对细胞膜通透性的影响过程。使用自制的金-聚苯胺修饰铂双电极探针,基于SECM电位法实现了原位监测电刺激对不同细胞的细胞外pH的影响研究。本论文主要研究工作如下:（1）通过刻蚀玻璃封装法制备了不同尺寸的金盘微电极探针以及不同功能的双电极探针。为探讨探针的尺寸对SECM成像分辨率的影响,制备了一系列不同尺寸,性能稳定的金盘微电极探针。为原位监测铜离子对细胞膜通透性的影响,制备了铜-金双电极探针。在这种双电极探针中铜电极用于电解产生铜离子,金电极用于测量逼近曲线。为原位监测细胞外pH,制备了金-聚苯胺修饰铂双电极探针。在这种双电极探针中金电极用于测量逼近曲线确定探针与细胞间的距离,聚苯胺修饰铂电极作为pH选择性电极,用于电位法监测细胞外的pH。我们对制备的各种探针进行了表征和性能测试。利用稳态极限电流公式求得金盘微电极探针的有效半径。通过循环伏安法和SEM表征双电极探针的尺寸。用开路电位法对金-聚苯胺修饰铂双电极探针的聚苯胺修饰铂电极的pH响应特性进行测试。这些探针的制备为后续SECM的应用研究奠定了基础。（2）在反馈电流理论的基础上,我们定义和推导了SECM针尖电极扫描电流与成像分辨率的数学关系公式,公式描述了影响SECM成像分辨率的各种因素,例如针尖电极的尺寸和探针-基底距离对成像分辨率的影响。通过使用自制的不同尺寸的针尖电极和不同的探针-基底距离扫描一定尺寸的金斑点阵列样品的实验对成像分辨率公式进行了验证,所得实验结果与公式模拟得到的结果有良好的吻合。另外,由SECM成像分辨率的数学关系公式说明了当针尖电极和样品之间距离确定,针尖电极的选择不是越小越好,而是要选择大小与探针-基底距离相等的针尖电极,以获得最佳的成像分辨率。因此,实验结果证明了我们提出的成像分辨率公式可以为提高SECM反馈模式下的成像分辨率提供理论支持和指导。（3）基于自制的SECM铜-金双电极探针,开发了研究Cu2+离子对活细胞膜通透性影响过程的原位监测技术。Cu2+离子是生物体内必需的微量元素之一,但是过量的Cu2+离子可能对人体健康有害。实验通过在细胞上方电解双电极探针上的铜电极生成Cu2+离子以原位刺激细胞,用铁氰化钾作为氧化还原介质测量探针逼近细胞时的逼近曲线（PAC）的变化,从而原位研究Cu2+离子对细胞膜通透性的影响过程。通过将实验获得的PAC与理论模拟PAC重叠获得细胞膜变化过程的膜通透性系数（Pm）值。这项工作对SECM用于监控细胞病变过程以及药物对细胞的治疗过程提供了一种技术方法,同时对人们探索Cu2+离子急性中毒背后的复杂机制具有重要意义,对Cu2+离子急性中毒治疗的最佳时间的确定提供了一些参考。（4）基于金-聚苯胺修饰铂双电极探针,开发了利用SECM电位法研究外界刺激对细胞的细胞外pH（pHe）影响的原位监测技术。金-聚苯胺修饰铂双电极探针中金电极用于测量逼近曲线,通过负反馈理论计算获得探针与细胞表面之间的距离。并且利用SECM剪切力方法验证了通过逼近曲线获得探针与细胞表面之间的距离的可靠性。双电极探针中聚苯胺修饰铂电极作为pH选择性电极,通过SECM电位法用于原位测定细胞的pHe变化。我们研究了在电刺激下,正常细胞和癌细胞的pHe变化。研究发现正常细胞和癌细胞对环境刺激的反应不同,其pHe的变化也有显著差异。通过对相同条件下细胞膜通透性变化的测定,验证了pHe变化是与细胞膜通透性变化相关的假设,而且通过钙黄绿素-AM和碘化丙啶的荧光染色,也证实了这种假设。实验结果证明基于双电极探针的SECM电位法原位监测细胞的pHe变化的方法对监测细胞的刺激反应和探索细胞生理活动状态是一种非常有用手段。