在第三代电化学生物传感器以及生物燃料电池的研制中,一项关键的问题就是如何促进蛋白质或者酶与电极之间的直接电子传递。由于氧化还原蛋白质和酶通常具有复杂的空间结构,活性中心深埋在它们的肽链中,很难与基底电极进行直接电子传递,从而影响了生物传感以及生物燃料电池的性能。因此,开发稳定性好、成本低、能够有效促进氧化还原蛋白质或酶与基底电极进行直接电子传递的载体成为电化学生物传感以及酶生物燃料电池(EBFC)发展中的重要课题之一。本论文工作致力于发展新型纳米复合膜材料,以达到改进固定酶活性、提高生物传感器的灵敏度、增大燃料电池功率输出等目的。其主要研究内容如下:　　 (1)制备了一种具有大比表面积且生物兼容性良好的纳米材料—聚丙烯酸树脂微球(PAR)。利用聚丙烯酸树脂微球(PAR)和金胶(Au)进行掺杂,制备了一种新型的纳米复合物,成功的将血红蛋白固定在玻碳电极(GCE)上。实验通过CV电化学方法研究了血红蛋白在PAR-Au复合膜内的直接电化学以及对过氧化氢(H2O2)和三氯乙酸(TCA)的催化活性。结果表明可以观察到Hb的一对可逆的氧化还原峰,对应于Hb中FeⅢ/FeⅡ电对的氧化还原反应。同时,PAR-Au-Hb修饰电极对H2O2以及TCA表现出了优良的电催化活性,对H2O2响应的浓度范围为0.59μM-7.3μM,检出限为0.2μM(信噪比为3),灵敏度为1108.6 mA/(cm2· M);对TCA响应的浓度范围为0.1×10-4 M-0.85×10-4 M,检出限为0.86μM(信噪比为3),灵敏度为77.14 mA/(cm2· M)。该固定方法可以为其他蛋白质的固定提供一种新的思路。　　 (2)将掺氮碳纳米管(NCNTs)分散在戊二醛二步交联的壳聚糖(GCS)溶液中,制备了一种导电性好、生物相容性较好的掺氮碳纳米管复合物,成功的将漆酶(Lac)固定在玻碳电极(GCE)上。得到的修饰漆酶电极(Lac/GCS/NCNTs/GCE)在电子媒介体2,2-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)的存在下对氧气表现出优秀的酶活性。为了考察碳纳米管中氮的掺杂对漆酶催化氧气活性的影响,利用接触角方法和电化学方法比较了碳纳米管(MCNTs)与NCNTs。结果表明GCS/NCNTs的亲水性比GCS/MCNTs的亲水性好;Lac/GCS/NCNTs/GCE相对于Lac/GCS/MCNTs/GCE来说,对氧气的催化响应更灵敏,响应范围更宽,检测限和表观常数(Kmapp)更低。　　 (3)选取最佳复合材料,即掺氮碳纳米管与戊二醛二步交联的壳聚糖的复合膜来固定葡萄糖氧化酶和漆酶,研制了具有纳米结构的双室Glucose/O2燃料电池。电池在25℃、0.2V、5mM葡萄糖的条件下最大输出功率可达25μW/cm2。