碳是一种典型的非金属元素,它具有稳定性好、化学惰性高、材料获取方便且价格低廉等优点,在电极制作领域有广泛的应用需求。丝网印刷碳电极(Screen-printed carbon electrode,SPCE)具有背景电流低、电化学窗口宽、化学稳定性好、制备快速、可批量化生产和易于与微流控芯片相结合等优点,在生物医学、环境监测和食品监管等电化学测试领域有广阔的应用前景。然而,丝网印刷碳电极在电化学测试过程中容易受到电活性物质的吸附污染,导致其检测灵敏度降低。并且,丝网印刷碳电极其导电层与基底之间为物理吸附,导电层与基底之间的结合力较差。此外,丝网印刷碳电极中的有机黏合剂还会影响电子传输,上述原因使得SPCE的电子传输速率相对较低,这就限制了丝网印刷碳电极对微痕量待检验物质的快速高效检测。本文针对上述问题,围绕丝网印刷碳电极的污染修复和电子转移性能的增强展开研究,主要研究内容如下:(1)结合电极动力学和流体力学理论,研究了微尺度下流动传质对电化学检测的影响,论述了微流控芯片中影响电化学检测灵敏度的主要因素以及改善途径,理论论证并仿真分析了利用电化学阻抗谱来表征电极污染状态的可行性。研究结果表明:电极的化学反应速率常数越大,电化学阻抗越小,越有利于电极上电化学反应的进行。(2)揭示了紫外臭氧对污染丝网印刷碳电极的氧化机理。结合扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析等表征方法,发现紫外臭氧不仅可以与污染碳电极表面的有机污染物发生反应使其生成挥发性物质,并且能使电极表面含氧官能团的含量增加,进而恢复污染碳电极的电化学性能。以污染丝网印刷碳电极为研究对象,利用电化学检测,实验测定了紫外臭氧修复处理污染碳电极的合理化时间,检验了紫外臭氧对污染碳电极的修复效果和修复后电极的电化学重复性,最后测定了新SPCE、污染SPCE和修复后SPCE对不同浓度还原型辅酶Ⅰ(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)溶液的电化学响应。研究结果表明:紫外臭氧修复后SPCE的检测灵敏度可从13.3μA·mM-1提高至19.11μA·mM-1。(3)提出了一种可用于增强碳电极电子传输性能的紫外臭氧改性新方法。通过动电位极化法和电化学阻抗谱法测定了紫外臭氧改性前后未修饰和碳纳米管修饰丝网印刷碳电极的电化学特性,分别用大分子NADH和小分子铁氰化钾电化学检测了未修饰和碳纳米管修饰SPCE对不同类型电活性物质的循环伏安响应。结果表明:通过紫外臭氧改性,未修饰和碳纳米管修饰丝网印刷碳电极对铁氰化钾和NADH的电流和电位响应均有所提高。由于未修饰和碳纳米管修饰SPCE吸附NADH氧化产物后,其界面阻抗增加幅值分别为12.53%和30.33%,可以看出碳纳米管修饰电极对NADH有较强的吸附。基于较低的阻抗增加幅值,使得未修饰SPCE更适合于电化学测定NADH。(4)建立了一种利用丝网印刷碳电极在微流控芯片内检测谷丙转氨酶的新方法。设计并制作了带有被动式肋板混合器的微流控芯片,利用混合器产生的混沌对流效应使生物酶在芯片内得到了快速有效的混合。将谷丙转氨酶的电化学检测时间从2小时缩短到30分钟,并提高了酶的检测灵敏度,为进一步实现谷丙转氨酶的即时检测提供了可能。由于过多的酶促反应产物NADH会对芯片内集成的丝网印刷碳电极造成污染,因此本文进一步研究了紫外臭氧对微流控芯片内污染碳电极的片内修复。通过将波段为185 nm和254 nm紫外光透射率较高的石英玻璃集成在微流控芯片中,利用将外界空气持续通入微流控芯片的方法有效地实现了紫外臭氧对污染碳电极的片内修复与增强。