中文摘要：

采用过滤阴极真空电弧技术制备掺磷四面体非晶碳薄膜，通过分析沉积工艺对薄膜性能和结构细节影响规律研究磷掺杂的有效控制条件，依据密度泛函理论研究掺磷四面体非晶碳薄膜的导电机制，利用循环伏安法和电阻抗法研究掺磷四面体非晶碳薄膜的各种微电极行为，研究电极微界面的电化学特性和微结构演变，提高电极表面的催化活性，并分析(掺磷)四面体非晶碳薄膜改善电极生物相容性的本质原因，为设计制造高效生物电极提供新材料和新的技术途径，推动实现通过原位检测生物分子来分析生命活动和代谢机理的研究进程。

结论摘要：

分析电极在生命科学研究和医疗诊断分析中具有重要的作用，但贵金属、玻碳、金刚石等常见电极都存在不足，为此，本项目以掺磷四面体非晶碳(ta-C:P)用作生物电极材料，主要学术贡献如下 (1) 系统研究了ta-C:P电极的电导、电化学、耐腐蚀性和生物相容性，实现了掺磷四面体非晶碳电极精细结构的有效控制。以磷烷为背景气体，制备ta-C:P。掺磷增加了ta-C中sp2团簇，扩宽了带尾区域，缩短了π和π*态的空间距离，显著提高薄膜电导率。如果磷烷流量过大，薄膜中过量的H饱和了部分孤立的sp2点，反而导致导电能力下降。ta-C:P薄膜电极在硫酸溶液中的电势窗口约为1.6~2.0 V，背景电流密度很小约为1±0.2 μAcm-2，ta-C:P薄膜电极对铁氰化钾有催化氧化作用，磷烷流量为10 sccm时制备的ta-C:P电极催化活性最强。酸处理使ta-C:P电极的电势窗口增加了近1.5 V。磷掺入后ta-C:P薄膜更加亲水，薄膜的表面能和极化分量与色散分量的比值增大。薄膜与水之间的界面张力减小。通过溶血率实验发现，ta-C:P薄膜对红细胞几乎没有破坏作用，溶血率小于1 %，符合生物材料溶血实验要求。白蛋白和纤维蛋白原在ta-C:P薄膜表面的吸附能力降低，且白蛋白择优吸附于ta-C:P薄膜表面。ta-C:P薄膜吸附血小板的数量少于钛合金和ta-C薄膜，血小板团聚、变形情况减弱，说明其抗凝血能力提高。ta-C:P薄膜有更高的腐蚀电势和更低的腐蚀电流密度。其腐蚀电阻增大，孔隙率降低，从而提高对钛合金的保护效率。 (2) 通过金纳米粒子表面修饰提高电极活性，实现了痕量生命活性物质的定量检测利用电沉积技术在掺磷四面体非晶碳电极表面修饰纳米金粒子，控制溶液中金的含量、沉积时间、化学电位及薄膜中磷的含量，实现金粒子在电极表面均匀分布，并提高了对被检测物质的催化活性。纳米尺寸的金提高了ta-C:P电极对铁氰化钾氧化还原反应的催化活性，改善了电极的可逆性，加快了电极和溶液间电荷的传输速度。通过控制ta-C:P电极在金溶液中的沉积时间，可以有效的调节金纳米粒子的尺寸和分布，从而调节ta-C:P/Au电极的催化行为。利用ta-C:P电极实现了对铜、铅、镉金属离子共存体系定量检测，对代谢中间产物H2O2的定量检测以及大量抗坏血酸(AA)体液环境中对痕量神经递质多巴胺(DA)的定量检测。