生物分析作为现代分析技术的重要成员,以生物的含量、结构和功能等为研究内容,为人类日常生活、疾病预防和检测都带来了极大的便利。其中,生物传感器是一种融合了多学科交叉知识的新型生物分析方法。通过适当的方式将生物活性材料、物理化学换能器和信号放大装置进行有效地结合,生物传感器能够成功实现多种生物大分子的快速和微量的分析。由于其具有良好的选择性、较高的灵敏度、简单的实验过程、更快的分析速度、简便的实验仪器等优点,而日渐成为当前分析研究中普遍使用的检测技术之一,并广泛应用于多种分析化学领域中。在当代研究中,纳米材料构建的生物传感器在传感性能上又得到了普遍提高。纳米材料是一种在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的材料,它具有区别于常规尺寸材料的一些特殊的物理化学性能小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应。相对于传统的生物传感器,基于纳米材料而构建的新型传感器在检测性能上得到了大幅提高,并且可以实现高通量的实时分析检测。现如今,基于纳米材料所构建的新型生物传感器在纳米科学和分子生物学技术的不断推动下正快速发展,这种高选择性、高灵敏度的检测装置已经可以实现绝大部分生物大分子的检测,甚至还可以应用于生物大分子的活体检测和实时监控中。本论文分为以下几部分：第一章：绪论本章介绍了生物传感器的构成和工作原理,分类。介绍了纳米材料的制备和表征方法,及其在生物传感器中的应用。最后,总结了本论文的工作并说明了本论文的工作意义。第二章：基于增强型生物催化沉淀和双层酶策略免疫传感器的制备及其对钙调蛋白的电化学检测本章基于增强型生物催化沉淀和双层酶策略研制了一种高灵敏的免疫传感器,并用于钙调蛋白的电化学分析研究。该传感器通过引入蜂窝状介孔碳(honeycomb-like mesoporous carbon,HMPC)为传感平台来依序固载抗体(Abl).CaM和多功能标记物。多功能标记物(HRP-PAupc-Abl)是通过将Ab1和辣根过氧化酶(horseradish peroxidase,HRP)共价键合于聚丙烯酸修饰的金爆米花纳米粒子(poly(acrylic acid)-functionalized Au popcorn nanoparticles,PAupc)上。HRP标记二抗(HRP-Ab2)能够特异性识别多功能标记物而形成新型双层酶策略,从而诱发增强型生物催化沉淀。应用于CaM检测后得到的线性响应范围为5.0pg mL-1～100ng mL-1,检测限为1.5pg mL-1.将该传感器用于检测不同细胞中CaM表达水平,能够取得满意的分析结果,显示出在癌症研究中的应用潜力。第三章：基于金-银-石墨烯复合纳米材料和增强型金纳米棒标记物的钙调蛋白放大电化学检测本章发展了一种新型的生物传感方法,该方法以金-银-石墨烯复合纳米材料(AuAgGP)为蛋白质的固载基质,以金纳米棒(GNRs)为增强型电化学标记物。首先,通过在电极上修饰硫堇-壳聚糖作为支持层来固定AuAgGP.该复合材料不但为CaM的高密度结合提供了有效的平台,还提高了电化学信号。为了制备增强型标记物(HRP-Ab2-GNRs),我们合成了GNRs,它不但能够能够结合二抗(Ab2)和辣根过氧化物酶(HRP),也加快了电极表面的电子传递。使用两步免疫法,将HRP-Ab2-GNRs孵育于电极表面,在硫堇的存在下,通过HRP催化过氧化氢(H202)来产生电化学信号。该免疫传感器在CaM定量检测中显示出良好的分析性能：检测线性范围为50pg mL-1～200pg mL-1,检测限为18pgmL-1。也被成功地应用于癌症细胞(HepG2和MCF-7细胞)中CaM含量的研究,此结果表明本章所构建的免疫传感器为CaM分析提供了新方法,也为癌症诊断和治疗提供了便利。第四章：基于树状大分子功能化碳纳米管的免疫传感器的制备及其对钙调蛋白的电化学检测本章基于树状大分子功能化的碳纳米管(PCNT)研制了一种高灵敏的免疫传感器,并用于钙调蛋白的电化学分析研究。该传感器通过引入聚丙烯酸(PAA)修饰的金纳米棒(PAuNRs)为传感平台来依序地固载一抗(Ab1)、钙调蛋白(CaM)和多功能标记物(HRP-PCNT-Ab1)。HRP-PCNT-Ab1是通过将和辣根过氧化酶(horseradish peroxidase, HRP)共价键合于树状大分子(PAMAM)修饰的碳纳米管(CNT)上。HRP标记的二抗(HRP-Ab2)能够特异性识别多功能标记物,从而进一步加大酶的固载量,提高了传感器的灵敏度：线性响应范围为0.51ng mL-1～382.5ng mL-1,检测限为0.1ng mL-1。第五章：球形介孔碳多功能生物标记物构建的免疫传感器及其用于钙调蛋白的分析研究本章通过聚电解质层层自组装对球形介孔碳(GMC)进行了表面修饰,使其有足够的活性官能团连接生物大分子从而制得一种多功能生物标记物(HRP-GMC-Ab1).基于此多功能生物标记物,我们构建了一种高灵敏电化学免疫传感器,并用于CaM的分析研究中。该免疫传感器是通过将还原型氧化石墨烯(rGO)/金爆米花纳米粒子(Aupcs)作为传感基质来连接CaM。HRP-GMC-Ab1能够识别CaM和提供大量酶来产生催化电流形成检测信号,并且通过捕捉第二酶层(HRP-PAu-Ab2)又进一步地放大了检测信号。将该免疫传感器用于CaM的检测中取得了良好的分析结果：线性范围为5.0pg mL-1～115ng mL-1,检测限为1.5pgmL-1。聚电解质层层自组装成功地实现了介孔碳的表面改性,此方法不需要复杂的合成过程方法,可方便地应用于其他材料的修饰。同时,基于此构建的电化学免疫传感器具有高的灵敏度,响应快速,好的选择性和稳定性,为电化学生物传感器在生物大分子分析方面开拓了新的应用前景。第六章：竞争策略和双功能纳米复合物用于活细胞表面多聚糖的荧光检测细胞表面多聚糖是一类与癌症的形成和发展密切相关的生物大分子,对于多聚糖的分析检测对癌症的诊断和治疗有重要作用。本章发展了一种基于竞争策略和双功能纳米复合物的荧光方法并用于癌细胞表面多聚糖的检测。竞争策略是以多聚糖与凝集素的特异性结合为基础,癌细胞与巯基糖衍生物竞争结合刀豆球蛋白(Con A)修饰电极来实现检测的。通过将量子点(QDs)固定于牛血清白蛋白(BSA)包裹的金纳米粒子,再通过Au-S键固定合成的巯基糖衍生物,我们合成了一种多功能纳米复合物({QDs-Au-BSA-mannose})。由于QDs与Au纳米粒子之间通过BSA分开,{QDs-Au-BSA-mannose}在保持QDs荧光的同时,还能特异性地结合于Con A修饰电极上。Con A修饰电极是以金纳米棒(GNRs)为基质来有效地固载Con A。本方法已被成功应用于两种癌症细胞的分析检测(A549和QGY-7701),显示了其在活癌症细胞中多聚糖分析中的潜力。