微纳米尺寸电极由于具有充电电流小、传质速率快和更小的溶液阻力等优点在电化学研究领域有广泛的应用,比如电子传递动力学的研究、用于扫描电化学显微镜(SECM)的高分辨成像、单个分子和单个纳米粒子的检测。众所周知,贵金属(如金、铂、银)具有优良的电催化活性、反应活性和表面增强拉曼(SERS)活性,然而,关于单一纳米电极的应用研究相对较少。基于此,本论文旨在通过激光辅助拉制技术及后续刻蚀的方法制备单一纳米盘电极、单一纳米线电极并研究其在生物传感器构建及电催化方面的应用。主要工作如下:1)选用三磷酸腺苷(ATP)作为目标物,构建了一个超灵敏且重现性好的基于金纳米线电极的E-AB纳米传感器。先通过金-硫键将一段DNA自组装在电极表面,再加入一段有亚甲基蓝(MB)标记的ATP适体DNA链与之杂交成双螺旋结构产生信号,当目标物ATP加入后,适体与ATP之间的强作用力将其从双链上解离下来,导致信号减小,以此来检测目标物ATP。以纳米线电极为基底增加了比表面积,增加了电信号,提高了信噪比,实验中还探讨了电极表面的钝化及氧的影响,为了消除氧对电极表面的干扰,用牛血清蛋白在电极表面做了进一步的钝化,实验结果表明,此纳米传感器有着较高的灵敏度和选择性,线性范围为1pM～500nM,检出限为0.58 pM,即使在复杂的体系如小鼠的脑脊髓液中,也可以实现ATP的检测。这种传感器的小尺寸及其优越的性能,为以后的活体在线检测打下坚实的基础。2)以凝血酶为目标物,金纳米粒子-DNA复合物为信号放大材料用于新型无标记的纳米传感器的构建。金纳米粒子表面利用金硫键修饰两种长短不同的DNA链,金电极表面固定一条辅助DNA链,利用凝血酶的适体DNA链分别与辅助DNA和金纳米上的长链杂交形成三明治结构修饰在电极上。以Ru(NH3)63+为信号探针,金纳米粒子修饰的两种DNA链,长链用来将复合物连接到电极上,而长链如果太多,产生位阻不利于与凝血酶适体的杂交,因此我们减少长链的量并设计在金纳米粒子上再修饰另一种DNA短链,可以增加金纳米粒子表面覆盖率以吸附更多的信号探针,与不加金纳米-DNA复合物相比,这种三明治结构吸附了大量的Ru(NH3)63+,DPV信号大大增加,当加入目标物凝血酶后,三明治中间的TBA与凝血酶的强结合力使之从结构上解离下来,三明治结构被破坏,伴随着DPV信号的下降。结合纳米电极的优势和这种放大信号策略,我们发展的这种无标记纳米传感器的灵敏度大大提高,线性范围为0.1 pM-5 nM,可以检测凝血酶浓度低至0.02 pM。3)利用邻近杂交的作用,设计一种以DNA杂交为基础,点击化学加固的两足发夹型步行纳米机器用于miRNA-21的检测。先在电极上固定辅助发夹型DNA作为轨道,设计两条分别修饰了叠氮(N3)和二苯并环辛炔(DBCO)的茎环DNA链杂交,杂交的同时发生点击化学生成五元环,自此两足DNA步行者就构建完成。目标miRNA的加入打开了 DNA步行者的发夹结构,使其可以与轨道DNA临近杂交而打开了轨道DNA的发夹结构,最后标记了 MB的燃料DNA以粘性末端链置换将DNA步行者的两足从一个立足点上置换下来迁移向临近的另一个立足点,完成步行,重复运动,步行者迁移到每个立足点,就会打开每个轨道DNA,继而被大量的燃料DNA替换,这种DNA两足分子机器以1:N的模式完成信号探针覆盖,操作简单,一步就可完成。与以往的DN A分子机器的signal-off检测策略不同,我们提出的这种signal-on传感平台灵敏度更高,设计的DNA步行者双足自由,只需要找到立足点就可以,不需要按特定轨道,既避免了只在附近区域轨道上行进的局限,检测过程不要酶的参与,也不需要特定的适体及目标物,只要根据目标DNA的序列做简单的设计就能实现各种不同序列DNA或RNA的检测,具有普适性,成本低,操作简单,结合了单一纳米电极的优势与基于两足分子机器的传感器的优点,线性范围0.5 fM-50pM,最低检出限为60 aM。4)发展了一种用激光拉制再刻蚀的技术简单制备单一银纳米线的方法。虽然拉制Au、Pt纳米电极技术已相当成熟,但对于拉制单一银纳米电极存在着挑战,我们在金纳米电极的基础上调整拉制的参数和步骤成功制备了单一银纳米盘电极,将它在HF溶液中刻蚀就可露出单一银纳米线并用透射电镜、EDS和电化学进行表征。为了更好的探究银纳米线的应用,我们通过金属置换反应制备了单一 Pt@Ag纳米线并用高分辨透射电镜、EDS和电化学进行表征,研究了它在MOR中的催化性能,还用SERS监测了它在4-硝基苯硫酚还原反应中的催化性能。实验结果表明,Pt@Ag纳米线在碱性溶液中对甲醇的催化性能明显高于商用的Pt/C催化剂,且Pt@Ag纳米线在NaBH4的存在下对4-硝基苯硫酚还原反应有良好的催化性能。