电化学生物传感器是由化学、生物学、物理学、电子技术等多种学科相互渗透发展起来的高新技术,具有操作简单、灵敏度高、可实时监测等优点,在食品安全、环境检测、转基因测定、法医鉴定、医药工业等领域具有广泛的应用前景。纳米材料具有独特的尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面界面效应、介电限域效应等,为高性能电化学生物传感器的构建提供了新的思路。本论文通过在DNA修饰界面现场组装生成纳米材料,构建了三种新型的电化学传感器,具体研究内容如下:(1)基于纳米铜簇(Cu NCs)在双链DNA上的选择性生长构建了一种新型的高灵敏DNA电化学生物传感器。首先在金电极表面固定上单链探针DNA,再用6-巯基己醇封闭裸露的金位点。当修饰电极与目标DNA杂交形成双螺旋DNA后,Cu Br以双链DNA为支撑载体,在其大沟槽位点发生歧化反应,特异性了生成了电活性Cu NCs。采用透镜扫描和荧光法对Cu NCs的生成进行了表征。采用循环伏安法(CV)详细研究了双链DNA表面Cu NCs的电化学行为。以Cu NCs的电化学响应为信号,采用差分脉冲伏安法(DPV)考察了电化学传感器的分析性能。实验结果表明,随着杂交溶液目标DNA浓度的升高,Cu NCs的信号不断增强,氧化峰电流(Ipa)与目标DNA浓度对数lg CS2在1.0×10-20 mol/L~1.0×10-14 mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限达到1.01×10-21 mol/L。选择性实验表明该传感器对互补序列、单碱基错配序列、三碱基错配序列和完全错配序列具有良好的识别能力。同时,该传感器具有良好的稳定性、重现性和再生性。(2)基于多胸腺嘧啶碱基(poly T)特定序列DNA对金铅合金的选择性吸附构建了一种新型的电化学Pb2+传感器。首先在金电极表面通过Au-S键固定上多胸腺嘧啶碱基DNA,并以巯基己醇封闭裸露的位点制备了传感层。然后利用硫代硫酸钠与Pb2+共存状态下对纳米金(Au NPs)具有特异性刻蚀及在Au NPs表面生成金铅合金的特性,制备了Pb@Au NPs核壳纳米材料。再利用电极传感层poly T序列对Pb@Au NPs的特异性吸附作用,将纳米材料组装到电极表面,并进行电化学测试。实验结果表明,当传感界面吸附Pb@Au NPs后,由于Pb@Au NPs外层的硫代硫酸根显电负性,[Fe(CN)6]3-/4-探针在电极表面的电化学阻抗显著增加。对DNA序列、反应温度、纳米金浓度等条件进行了优化。在最佳条件下,电化学阻抗值(Rct)与Pb2+浓度对数(lg CPb2+)在1.0×10-15 mol/L~1.0×10-10 mol/L的范围内呈现良好的线性关系,检出限达到3.22×10-16 mol/L。同时,由于该传感器的构建是基于poly T序列对Pb@Au NPs和Pb2+对Au NPs刻蚀的双重特异性,因此该传感器表现出很高的选择性。(3)基于纳米铜簇在G-四联体(G4)上的生长构建了一种新型的电化学Pb2+传感器。首先在金电极表面固定铅离子核酸适体,再用巯基己醇封闭裸露的金位点。在Pb2+诱导修饰电极表面核酸适体构型变化为稳定的G-四联体结构后,Cu Br以G-四联体为支撑载体,发生岐化反应成纳米铜簇吸附于G-四联体上,特异性地生成了电活性纳米铜簇。采用荧光法对纳米铜簇的生成进行了表征。采用CV、交流阻抗法(EIS)对组装过程进行了表征。采用差分脉冲伏安法考察了电化学传感器的分析性能。实验结果表明,传感器对Pb2+具有很好的特异识别性,且随着Pb2+浓度的升高,纳米铜簇的信号不断增强,Ipa与Pb2+浓度对数lg CPb2+在1.0×10-14 mol/L~1.0×10-8 mol/L的范围内呈现良好的线性关系,检出限达到1.20×10-15 mol/L。同时,该传感器具有良好的选择性、稳定性、重现性和再生性。