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随着生命科学的飞速发展，对生命体系中痕量甚至单个靶分子（核酸、蛋白质、小分子、细胞、病毒等）的检测变得越来越重要，因为体系中痕量特定靶分子出现（或存在）往往是体系发生重要变化的开始，如特定蛋白质组中某些蛋白质的痕量变化可能暗示细胞功能或遗传性状的改变；人血液中多种相关痕量肿瘤标志物分子的出现可能预示着某种肿瘤病灶的发生；血库中的任何一种痕量传染性病毒分子都标示着一个重大传染源隐患的存在；凡此种种。因此，在这些生命体系发生变化的初始阶段同时实现多种相关靶分子的痕量检测对于控制体系变化和改善体系现状无疑具有极为重要的意义。近年来，各种具有出色性能的纳米材料(纳米金、碳纳米管、量子点等)的涌现为制备多功能纳米生物探针用于生物分析提供了坚实的基础和可能。所以建立基于多功能纳米探针的既能实现多元检测又能实现超灵敏检测的信号放大系统必将为生命科学（尤其是蛋白质组学和分子诊断学）的研究提供强有力的支持。本论文将纳米材料和DNA纳米技术相结合，分别制备了基于碳纳米管和纳米金的多功能纳米生物探针，以及多荧光标记DNA纳米探针，实现了对各种生物分子（核酸、蛋白质和小分子）高灵敏特异性分析。主要内容如下：1.基于滚环扩增技术的碳纳米管多功能化及其在肿瘤标志物高灵敏检测中的应用利用滚环扩增技术(RCA)对多米碳纳米管(MWCNT)进行多功能化，构建了CRCAS信号放大系统并实现信号探针的负载。将CRCAS信号放大系统与经典ELISA方法相结合，对其应用与肿瘤标志物分析检测的信号放大性能进行鉴定。构建了CRCAS比色和化学发光分析方法，实现了血清中肿瘤标志物的高灵敏特异性检测；2. polyA介导纳隙内非荧光小分子编码SERS纳米探针用于多种生物分子识别制备了基于polyA非荧光拉曼小分子纳米标签（pA-nF-NTs）的SERS纳米探针，特别是polyA嵌段DNA的使用，使成本降低并且避免了一些操作中的实际问题，如样品污染和双硫键的形成等。发展了基于pA-nF-NTs多色纳米探针的通用分析平台，实现了对单一BRCA-1基因DNA，多元病毒DNA，以及多种类分析物的高灵敏特异性分析检测。首次实现了对多种类分析物(核酸、蛋白质、小分子)的同时分析检测，具有重要的科研意义和应用前景；3.基于氧化石墨烯的RCA介导多荧光标记DNA纳米探针用于DNA识别利用荧光RCA反应发展了一种新型的方法用于多荧光标记DNA纳米探针的合成，并进一步将其与氧化石墨烯的荧光淬灭特性相结合，建立了基于多荧光标记DNA纳米探针的氧化石墨烯传感平台用于DNA识别分析，实现了对不同长度以及不同浓度DNA靶标分子的分析检测。