葡萄糖作为微生物发酵过程中细菌生长所需碳源及反应物质,其浓度的控制直接关系到生成产物的质量与产率。并且不同发酵阶段,对于葡萄糖浓度的要求不尽相同,对于葡萄糖浓度的实时在线检测极其重要。现有的发酵过程葡萄糖检测装置大多采用基于葡萄糖氧化酶（GOx）的葡萄糖生物传感器作为其核心检测元件,分为“酶膜式”及“酶液式”两种检测方式。以酶作为分子识别元件,势必受到酶自身生物大分子特性的影响,其稳定性高度依赖于检测环境,并且工作寿命短,需定期更换。“酶膜式”传感器固定化所需载体、试剂成本高,酶活性受损且结果无法精确控制,重复性差。“酶液式”传感器检测时间过长,灵敏度较低,且每次检测都需重新添加酶液,一方面导致酶液的浪费、成本增加,另一方面酶液传输容易堵塞管道。在课题组之前的研究中,我们已经开发出一台“酶液式”葡萄糖在线检测分析仪,尽管已经满足了发酵过程葡萄糖检测的需求,但仍摆脱不了酶电极的限制,传感器检测时间过长,且实际误差较大。因此,研制一款检测时间短、噪声小、性能良好的葡萄糖生物传感器至关重要。无酶葡萄糖传感器采用金属及其氧化物等纳米材料作为检测元件,其检测原理通过纳米电极本身直接电催化氧化葡萄糖,从而产生与葡萄糖浓度呈线性关系的电流响应。无酶葡萄糖传感器不易受环境影响,且由于其检测原理与酶传感器不同,不受溶液中氧分压影响检测精度、工作电压低、并大幅缩短了检测时间。但无酶葡萄糖传感器选择性低、部分金属电极易受Cl^-及中间产物吸附中毒的影响,导致传感器稳定性不足。所以,设计一款具有长期稳定性、选择性良好、抗中毒性的新型无酶葡萄糖传感器,是解决无酶葡萄糖传感器在发酵过程葡萄糖检测领域应用所面临问题的关键。为了解决发酵过程葡萄糖检测所面临的问题,设计了一款性能优异的Au@Ni/C无酶葡萄糖传感器,以及基于无酶葡萄糖传感器的葡萄糖检测软硬件,并在此基础上研究了无酶葡萄糖传感器长时间工作后传感器性能损耗补偿的机理模型。所取得主要研究成果如下:（1）设计并制备了一款Au@Ni/C无酶葡萄糖传感器在Au基传感器基础上,设计了具有核壳结构的Au@Ni/C无酶葡萄糖传感器,核壳结构使得传感器的工作电压负移,同时解决了裸Au电极易受氯离子及杂质吸附的问题,传感器具有良好的选择性及抗中毒性。并且相比于现有的酶传感器,稳定性及检测时间都得到大幅提高。结果表明传感器的响应时间为3 s,检测范围为0.5-10 m M,灵敏度为92.68mA m M^-1cm^-2,检测限为15.7mM。从传感器的主要参数可以看出,本文设计的Au@Ni/C无酶葡萄糖传感器能够应用在发酵过程葡萄糖检测领域。（2）研究并建立了无酶葡萄糖传感器损耗补偿模型建立了无酶葡萄糖传感器损耗补偿机理模型,模型基于Burke提出的“初期吸附水和氧化物中间体理论”及Ostwald熟化理论,阐述了无酶葡萄糖传感器长期工作后,由于纳米颗粒高表面自由能的存在,导致基体相中不同粒径颗粒表面溶质原子浓度产生差异,驱动传感器整体比表面积减小,进而导致电流响应随比表面积呈线性衰减。为了验证模型精确性,设计验证实验,用传感器第0.5天数据估计制备的Au@Ni/C无酶葡萄糖传感器在电解质溶液中的扩散系数,并预测0-7天内其粒径分布变化情况,进而计算比表面积衰减率。结果表明,机理模型预测的电流响应衰减曲线与实际测试的三支Au@Ni/C无酶葡萄糖传感器电流响应变化曲线高度吻合,证明了所建立的无酶葡萄糖传感器损耗补偿模型精确度符合要求。（3）设计并实现了葡萄糖无酶检测系统的软硬件为了实现对三电极检测系统恒电位控制、无酶葡萄糖传感器微弱信号调理、检测数据的采集、上位机及OLED显示屏传输显示以及系统供电等功能,设计并实现了基于STM32F103C8T6的下位机软件系统及外部硬件电路,硬件部分主要包括基于STM32数据采集电路、三电极恒压检测电路、微电流检测电路、输出及显示接口和电源电路等。葡萄糖检测系统具备恒电位及循环伏安两种工作模式,三电极电压可控范围为-2.5-2.5 V,电流响应分辨率达到0.05μA,可测电流范围为-1.5-1.5 mA。上述特性完全满足Au@Ni/C无酶葡萄糖传感器及其他无酶传感器的检测需要。