生物活性小分子作为生命体生理活动的重要物质,在生物体的生理和病理过程中具有重要的调控作用。传统的分析技术已经不能满足目前广泛的分析对象,复杂的目标体系以及更加快捷准确的分析结果等需求。特别是针对活性氧/活性氮（ROS/RNS）类活性小分子,由于其本身的活泼性,具有信号不容易捕捉的特点,针对抗坏血酸（AA）、多巴胺（DA）和尿酸（UA）生物小分子其检测信号容易相互干扰等特点。随着纳米材料的发展,电化学传感分析技术在过去的十几年中得到了快速的发展。通过纳米技术进行电极表面工程处理,可以构建更加灵敏以及抗干扰能力强的多功能电分析传感界面,实现快速检测和生物活性分子的多组分同时测定。因此,本文合成并设计了多种功能纳米材料协同作用的纳米敏感传感界面,构建了具有生物相容性和特异性催化的电化学生物活性分子检测平台,实现了高选择性和灵敏度的检测,并深入探讨了其催化机理。具体研究工作如下:（1）基于三维石墨烯气凝胶（3DGA）,通过电沉积纳米金粒子（AuNPs）构建电化学生物传感界面实现氧化还原蛋白细胞色素c（Cyt c）在玻碳电极（GCE）表面的直接电子转移用于H₂O₂检测。AuNPs均匀的分布在3DGA的三维多孔结构中,AuNPs可吸附固定Cyt c,多孔结构为Cyt c提供了良好生物兼容性的微环境,这两种具有良好导电性和生物相容性的材料协同作用实现了Cyt c在电化学中直接电子转移。研究结果表明,该3DGA-AuNPs/Cyt c/GCE对H₂O₂具有良好的电催化活性,其对H₂O₂的检测灵敏度为351.57μA·mM^-1·cm^-2,检测限为1.1μM,检测线性范围为10-740μM。Cyt c与电极之间直接的电子传输说明3DGA-AuNPs纳米复合材料的界面设计可以为蛋白建立理想的接触界面,暴露其电活性中心,改善蛋白质与电极之间快速的直接电子传递。（2）基于氧化还原蛋白修饰的电化学传感器具有较高的灵敏度,但是蛋白质易受环境的影响使所制备传感器的稳定性下降。本研究合成特异性催化纳米仿生酶超小Fe₃O₄纳米粒子包覆于3DG（Fe₃O₄/3DG）构建了一种非酶H₂O₂传感器。纳米Fe₃O₄颗粒具有类过氧化物酶的功能,通过简单的水热法可以合成超小尺寸的Fe₃O₄纳米颗粒,其尺寸为5-7 nm。3DG可以负载Fe₃O₄纳米粒子防止团聚沉淀,增加稳定性,同时增加电子速率,提高传感器的灵敏度。通过TEM表征超小Fe₃O₄纳米粒子均匀的分散在3DG的表面网状结构中。Fe₃O₄/3DG@GCE传感器对H₂O₂表现出良好的催化活性,其检测灵敏度为274.15μA·mM^-1·cm^-2,其检测限为0.78μM,线性检测范围为0.8-334.4μM。该Fe₃O₄/3DG@GCE传感器结构设计合理,展现出较低的检测限,以及良好的选择性和稳定性。通过控制细胞数量和刺激药物剂量,Fe₃O₄/3DG纳米复合物显示出良好的原位检测活细胞释放活性氧H₂O₂的能力。（3）采用水热合成法和高温煅烧法制备由聚多巴胺（PDA）调控合成的N掺杂碳纳米管（CTNs）修饰Fe₃O₄（N-CNT/Fe₃O₄）的复合纳米材料。N掺杂有助于提高了碳纳米复合材料的电化学性能。PDA可以在CNTs表面氧化自聚合,从而改善了CNTs水分散性,同时PDA独特的分子结构含有丰富的含氧基团和含氮基团能促进Fe₃O₄均匀地沉积在CTNs表面。高温煅烧之后的PDA层有效的调节了石墨碳结构。通过XPS分析元素化学态存在形式发现了高温煅烧可以有效地将吡啶氮和石墨氮掺杂材料到石墨结构中。研究发现在煅烧之前,其复合材料PDA-CNT/Fe₃O₄经过磷酸盐浸泡之后,可防止在煅烧过程中出现烧结现象。实验结果证明,经过浸泡,煅烧过程之后得到的N-CNT/Fe₃O₄纳米复合材料对H₂O₂检测灵敏度有很大的提高,其检测灵敏度为316.27μA·mM^-1·cm^-2,检测限为0.304μM,线性检测范围为0.006-2.057 mM。此研究工作在材料的表面改性方面具有很广泛的适用性。（4）本研究构建了细胞生长的石墨烯纸基自支撑传感电极及其对H₂O₂和NO的双功能信号快速实时检测平台。通过模板法制备石墨烯纸基（rGP）电极,然后通过两步电沉积得到具有电催化活性的AuPt/PANI/rGP传感界面。该AuPt/PANI/rGP自支撑传感电极对H₂O₂和NO同时表现出良好的电催化性能并且具有较高的检测灵敏度,该AuPt/PANI/rGP对H₂O₂检测线性范围为10-930μM和1.13-5.63 mM,对应灵敏度分别是392.22μA·mM^-1·cm^-2和155.81μA·mM^-1·cm^-2,检测限为0.675μM。AuPt/PANI/rGP电极对NO检测线性范围为0.36-437.2μM,灵敏度为112.00μA·mM^-1·cm^-2,检测限为65.7 nM。等离子体表面改性之后,由于石墨烯碳材料和AuPt纳米粒子良好的生物相容性,细胞在其上能够粘附生长并且状态良好。这种细胞原位生长监测,能够与活细胞密切接触,缩短了活性分子与电极之间的扩散距离,更加灵敏及时的实时监测细胞分泌H₂O₂和NO,提高了传感电极的精确性。（5）采用简单的水热法和煅烧法合成表面有一层碳包覆的二硫化钼纳米管（MoS₂ NTs）。MoS₂ NTs修饰电极可以实现AA、DA和UA的多组分同时测定。本研究内容通过理论计算和实验相结合的方式,首次基于密度泛函理论（DFT）结合计算氢电极（CHE）模型对AA、DA、UA的电氧化机理进行研究。SEM和TEM表征我们所合成的MoS₂ NTs是由超薄MoS₂纳米片结构组成。MoS₂ NTs@GCE可以实现AA、DA、UA氧化峰电位有效分离,实现对这三种物质的同时检测。通过CV表征确定三中分子在MoS₂ NTs表面催化氧化是两电子-两质子参与转移的过程。采用CHE模型,通过理论计算每步失电子-质子后的据布斯自由能的变化,确定了三种分子在MoS₂ NTs表面氧化的难易程度为从难到易为UA>DA>AA,对应的氧化电位从高到低的顺序为UA>DA>AA。通过差分脉冲伏安法（DPV）测定MoS₂ NTs@GCE传感器对AA、DA、UA单独检测的线性范围分别为0.8-1200μM,0.3-70μM,5-950μM,检测限分别为0.44μM,0.13μM,0.83μM。AA、DA、UA的同时检测线性范围分别是1-400μM,0.5-40μM,5-535μM,检测限分别为0.39μM,0.11μM,1.5μM。并且该传感器具有较强的抗干扰性以及良好的稳定性。在实际尿液样本检测中,电化学方法和HPLC方法之间没有显著性差异,表现出良好的回收率。