直立生长TiO2纳米管阵列电极具有高度有序、均一的直立管道结构、大比表面积、良好的吸附性能、亲水性能、生物兼容性，以及化学稳定性，可作为生物大分子固定化的优良载体，但其不良的导电性限制了其在电化学传感器方面的性能。而碳材料是在生物传感器研究中应用最广泛的电极材料之一，具有良好的生物兼容性，又易于和生物分子相互作用，形成牢固的共价键，此外碳材料导电性能好，具有良好的电化学性能。本文将TiO2纳米管电极与碳材料相结合，构筑了TiO2纳米管/碳纳米线镶嵌电极，该新型电极界面为生物大分子的固定化和电荷传递提供了理想的平台。研究了生物大分子例如血红蛋白（Hb）和DNA在电极上的直接电化学行为，利用这一生物电化学响应技术制备出电化学生物传感器，并用于环境污染物的分析检测，为实用性纳米材料电极在环保上的应用提供了新材料和理论研究基础。 采用阳极氧化方法在Ti基体表面制备了直立生长TiO2纳米管阵列电极，通过电化学还原的预处理手段，在不破坏TiO2纳米管阵列结构的前提下，有效地改善了电极的导电性能，并将其作为生物分子固定化的基体材料。结果表明，这种TiO2纳米管阵列结构材料表面非常易于实现Hb的固定化。在进一步研究Hb的直接电化学氧化还原行为的基础上，将电极应用于生物传感器的研究中，实现了对H2O2的电化学传感响应。因此，作为生物兼容性基体材料，TiO2纳米管阵列电极有望在生物直接电化学和传感器方面得到更多的应用。 基于上述的研究基础，本文提出了在纳米管中组装导电性良好的碳纳米线，构筑TiO2纳米管/碳纳米线镶嵌电极，这种杂化组装有效地克服了TiO2纳米管电极导电性能不良的缺点。采用吸附法在电极表面上实现了Hb的固定化，吸附量是未掺杂碳电极的两倍多，且Hb能够保持良好的生物活性。进一步采用循环伏安法研究了固定化Hb与电极间的直接电子传递，结果表明，TiO2纳米管/碳纳米线镶嵌电极上Hb的直接电子转移得到了促进。同时，将电极作为生物电化学传感器实现了对H2O2的分析检测，具有良好的线性检测范围，检测限为3．1×10-8mol/L。因此，碳的掺杂有效地提高了TiO2纳米管在生物电化学方面的性能，所构筑的TiO2纳米管/碳纳米线镶嵌电极作为新型传感器材料，在生物传感器的开发与应用上具有很好的前景。 为此，基于TiO2纳米管/碳纳米线镶嵌电极开展了DNA电化学传感器高灵敏度高选择性测定Pb2+的研究。采用涂敷法在TiO2纳米管/碳纳米线镶嵌电极表面上实现了小牛胸腺dsDNA的固定化，并采用微分脉冲伏安法研究了DNA在该电化学界面的直接电化学行为。研究结果表明，TiO2纳米管/碳纳米线镶嵌电极上DNA与电极间的电子传递得到了促进，从而使DNA的鸟嘌呤核苷和腺嘌呤核苷的氧化电位降低，更易于被氧化。在此基础上构筑了电化学传感器，采用恒电位富集和微分脉冲阳极溶出伏安法实现了Pb2+的分析检测，在优化了各实验参数的条件下，具有良好的线性检测范围，检测限为3．3×10-11mol/L，检测灵敏度高。研究发现，在Cu2+、Cd2+和Zn2+其它重金属离子存在的情况下，该DNA电化学传感器仍然能够实现对Pb2+选择性的测定，当干扰离子的浓度小于Pb2+浓度的1000倍时，对Pb2+检测基本不产生干扰。这一工作对于研发优异的新型传感器提供了一种新方法，并且在环境分析中具有重要的应用价值。