氧化还原蛋白质在电极上的电化学研究是生物电化学界和生命科学界非常关注的研究问题。它的研究对于研究蛋白质的电子传递机制以及开发新型的无媒介体电化学生物传感器具有重要的意义。纳米技术的介入为电化学生物传感器的提供了广阔的发展空间。纳米材料具有比表面积大，催化活性高等特点，这使得它们可以活化电极表面，加速蛋白质的活性中心与电极表面的直接电子转移，同时保持蛋白质的生物活性。本论文利用多种具有生物亲和性的纳米材料（纳米碳管，无机介孔材料和量子点）设计和修饰电极表面，探讨了氧化还原蛋白质的直接电化学性质及其催化特性。这些研究对于构造性能优良的第三代的生物传感器提供了新的思路和机遇。本论文主要做了以下几方面的研究工作：4（1）本文利用静电组装的方式，在温和条件下利用Hb，DNA和多壁纳米碳管（WMNTs）构筑了具有三明治结构的复合纳米材料DNA-Hb-MWNTs。这种独特三明治结构的不但保持了所固载的Hb的天然结构和生物活性，而且还有效地防止了蛋白质的泄漏。此外，相对于Hb-MWNTs／GC电极，DNA-Hb-MWNTs／GC电极对H₂O₂表现出更好的电催化性能，如宽检测范围，低检测限，高灵敏度。这种通过多步骤组装而构筑的多组分平台为新颖的生物传感器的制备出提供了一种有效的方法和途径。4（2）我们首次使用碲化镉量子点（CdTe QDs）和大孔径泡沫硅材料（MCFs）制备了QDs-MCFs复合材料，并用其固载肌红蛋白（Mb），成功实现了Mb在电极表面的直接电子转移。负电荷的QDs同胺基化的MCFs在静电吸附的作用下形成QDs-MCFs复合材料。由于QDs-MCFs复合材料具有介孔结构，较好的生物相容性以及较大的比表面积，因此被用来作为Mb固定化的载体。实验结果表明固载于QDs-MCFs复合物中的Mb不但能够实现直接电子转移，而且对H₂O₂表现出较好的电催化性质。与Mb直接固载于MCF（Mb-MCFs）相比，Mb-QDs-MCFs／GC电极对H₂O₂的检测范围更宽，检测限更低，灵敏度更高。这种较好的催化性能与复合材料所提供的适宜的微环境有关。（3）我们首次利用戊二醛交联的方法将Mb价键固载在胺基化的大孔径泡沫硅介孔材料中。与物理吸附的方法相比，这种价键固载的方法有效地防止了蛋白质在介孔材料中的泄漏。FTIR与Uv-Vis结果表明所固载的Mb较好地保持了它们的天然构象。Mb-MCFs复合材料与Nation共同构筑的Mb-MCFs／Nafion／GC电极不但能够实现直接电子转移，而且对H₂O₂表现出较好的电催化性质，例如较宽的浓度检测范围，较高的灵敏度以及较低的检测限。我们推断这种较好的电催化性能一方面与硅基介孔材料良好的生物相容性有关，另一方面同MCFs特有的大孔结构相关，这种大孔结构可以有效促进物质的传输。此外，由于介孔材料对于固载于其中的生物分子具有很好的保护作用，Mb-MCFs／Nafion／GC电极表现出很好的热稳定性。实验结果表明，Mb-MCFs／Nafion／GC电极在80℃的高温下加热20分钟后仍然保持了其82％的生物活性。（4）我们首次合成了离子液体修饰化的有机粘土（1—丙基—3—甲基咪唑基氯离子液体修饰的镁基硅酸盐有机粘土）。这种有机粘土不需要有机碱的作用即可在水溶液中自发剥离为单层纳米片。然后在静电吸附的作用下，剥离的纳米片和血红蛋白可以通过组装，重新叠加成有序的层状复合物，从而在温和条件下实现对蛋白的固载。XRD结果表明Hb以单分子层的方式嵌入到有机粘土的层状结构中。TEM和SEM结果表明复合物在多步骤的合成及组装过程中保持了层状结构。蛋白质的活性测定实验结果表明固载的Hb保留了大部分的催化活性。此外，在无机层状载体和咪唑基离子液体的共同作用下，Hb表现出了极好的热稳定性。Hb-pmim⁺Cl^--clay在70℃和100℃加热20分钟后时仍能保持72．5％和50．5％的活性。