电化学分析检测具有简单、高效、精确度高和可以进行定性和定量分析等优势，被广泛应用于重金属离子、有机物质和生物分子等多种领域的分析和研究中，并在水体生物毒性检测、微生物检测以及生物代谢速率分析等领域有巨大的发展潜力。本工作主要以构建用于水体生物毒性检测的一体化微生物电化学传感器为基础，在实现对水体生物毒性的快速、准确检测的同时，结合扫描电化学显微镜(SECM)和电化学碰撞技术等手段，对聚合物薄膜修饰电极、微生物与电子介体的氧化还原速率分析等方面进行了研究，开展了以下四项研究工作:　　1.利用酿酒酵母(S288C)与甲萘醌电子介体的特异性氧化还原反应，采用铁氰化钾-甲萘醌双电子介体系统，以提高检测电流强度和检测灵敏度。利用电沉积法将硼掺杂纳米金刚石-壳聚糖水溶胶沉积到玻碳电极表面，构建一体化微生物电化学传感器，并应用于水体中重金属离子和有机酚类物质的生物毒性分析中。该传感器对四种重金属离子Cu2+，Cd2+，Ni2+，Pb2+的检测灵敏度优于同样基于计时电流法的同类微生物电化学传感器，对3，5-二氯苯酚，4-氯苯酚和苯酚等酚类物质的检测结果符合氯取代基越多毒性越强的规律。在实际水体的生物毒性检测中，得到的抑制率结果能很好的反应水体的实际生物毒性。　　2.碳纳米管、石墨烯、硼掺杂纳米金刚石和碳纳米颗粒等碳纳米材料由于其优异的电化学性能被广泛应用于电化学传感器领域。其均可被用来构建酶电极，用于DNA、NADH、葡萄糖、多巴胺和化学药物等物质的检测。在构建电化学体系时，选取何种碳材料，不同种类的碳纳米材料有何不同，也是需要考量的问题。因此，基于壳聚糖聚合物薄膜体系，对多壁碳纳米管、石墨烯、硼掺杂纳米金刚石和采用蜡烛灰方法制备的碳纳米颗粒的形貌、拉曼、电化学性质和生物毒性等方面进行了评价。结果表明，在导电性方面，碳纳米管、石墨烯和碳纳米颗粒略优于硼掺杂纳米金刚石，这可能是由于其sp2杂化结构和尺寸原因造成的。而在生物毒性方面，除了碳纳米颗粒对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌等原核生物的生长表现出较为明显的毒性抑制外，其他三种碳纳米材料对细菌和真菌的生长均表现出良好的生物兼容性。　　3.扫描电化学显微镜(SECM)结合纳米和微米尺度的超微电极，能够实现对溶液体系以及固/液界面上发生的氧化还原反应的快速检测。以25μm的铂电极为探针，结合SECM的反馈模式和产生/收集模式，对一体化微生物电极构建过程中，经修饰后电极导电性和界面电子传递过程变化等因素进行了分析，并在恒高度模式下，对修饰电极表面形貌进行了x-y平面扫描。结果表明，SECM能够利用超微电极尺寸上的优势，对溶液体系内和固/液界面上发生的氧化还原反应进行快速的检测，并能够实现电化学原位成像。但是在成像的精度上，SECM会受到所选用电极尺寸，氧化还原反应速率等因素的限制。　　4.电化学碰撞技术利用与待测物尺寸相近的微电极和待测物在溶液体系中随机性运动，对待测物逐一碰撞到电极表面产生的电化学信号进行分析。本实验中，通过采用不同的电子介体和改变电压的方式，对表面带负电的大肠杆菌和带正电的嗜麦芽窄食单胞菌在溶液体系中的随机性碰撞行为和对铁氰化钾电子介体的氧化还原能力进行了分析。结果表明，在电化学碰撞实验中，静电作用在待测物碰撞行为检测中起到了关键性的作用。而通过计算，单个大肠杆菌对铁氰化钾电子介体的还原能力极低，约为5.76×10-6pmol/s。此外，电化学碰撞技术也为提供了一种针对少量微生物个体的研究手段，在产生/收集模式下，分析了重金属离子(Co2+)和抗生素（粘菌素）这两种抗菌物质对大肠杆菌的不同作用机理。从计时电流曲线上看，Co2+的抗菌机理可能是酶失活，而粘菌素则可以直接溶解细胞膜，起到杀菌作用。