1  绪论 

1.1  引言

材料 (material) 是我们人类生存和社会发展不可或缺的物质基础，而新材料的发现、产生以及应用能够不同程度上促进人类社会的进步。纳米材料 (nano material) 被誉为“The most promising material in the 21th century”，它有各种不同于其他材料的性能。当一种物质的尺寸小到纳米级时，它的很多性质都发生本质上的改变，因而能够在电学、磁学、光化学、电化学催化方面拥有特殊性能，已逐渐成为人们的研究对象。

碳纳米管 (carbon nanotubes) 作为一种典型的纳米材料，因其拥有特殊的力学、电学及填充性能，因而成为了最具有代表性的纳米材料之一。一种性能优良的材料的产生能够很大程度上促进人类各产业的发展。它的应用遍布电催化、能源贮藏、化学工业、生物学检测等各个领域。但由于碳纳米管具有一定的局限性，因此需要对其进行优化。目前，基于碳纳米管复合材料的研究已有了一定的进展，其各方面的性质开始被逐步利用于各个领域。

1.2  电化学传感器简介

电化学传感器是将待测物质的化学信号（例如浓度）转变为电学信号并将电信号进行放大并通过显示器进行显示的设备。电化学传感器最早出现于上个世纪50年代，当时它被用于进行混合气体中氧气含量的检测。

根据检测物种的种类不同，可以将电化学生物传感器分为离子传感器、气体传感器、用于生物分子检测的生物传感器[3]。本论文中制备的电化学传感器指的是最后一种，因为尚未将酶构筑于传感器中，所以文中构筑的尚属于电化学传感器。

1.3  生物传感器简介

生物传感器是电化学传感器和生物技术的结合物。通过一定的方法（如键合法、吸附法）将酶、DNA、抗体、蛋白质等生物分子构筑在电化学传感器上，用于检测对应的底物浓度。这类生物分子一般能识别特定底物，如抗体能和抗原结合，单链DNA能与其互补链碱基配对，酶催化底物发生反应，在识别过程中常伴随氧化还原反应，发生电子传递过程，通过放大的电信号可以检测出待测物质的浓度。

生物传感器的传感原理是：待测物质经扩散作用进入固定化生物敏感膜层，经分子识别，发生生物化学反应，产生的信号继而被相应的化学或者物理换能器转变为可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可得知待测物的浓度[4]。

作为占生物传感器绝大部分的酶生物传感器，存在很多方面不足，所以在实际应用中受到许多条件限制（如酶需要温和的条件，极端条件会导致传感器的失效）。因此，科研人员开始研究无酶传感器的构筑。近年来纳米金属材料和染料物质的电化学性能得到深入的研究，我们可以在导电基体电极上人为接入一些化学功能团，利用电极表面和修饰试剂之间的结合界面状态变化，进而改变修饰电极的氧化还原电位，优化了电化学反应的过程。

1.4  新功能纳米材料

纳米材料 (nano material) 是指在其三维空间结构中至少含有一维处于纳米尺度范围 (1~100 nm)，或者其本身是由它们作为基本单元结构而构成的材料[1]。纳米材料恰巧介于原子和宏观物质之间，往往其性能会与其在整体物质形态时的性能（诸如热学、力学、磁学、电化学等等）发生很大程度的改变。

1.4.1  新功能纳米材料在传感器中的应用

在电化学传感和生物传感中，纳米粒子及其复合物的应用尚属于新研究方向，在本世纪得到了迅速的发展。研究学者多将生物技术、纳米技术共同用于制备生物传感器。研究表明，在加入纳米粒子后，能提升电子传输能力，增加比表面积，进而提升了传感器的各种系数、参数等检测性能。