近年来,纳米科技的快速发展为生物分析与检测提供了新的平台,成为生命分析化学领域研究的热点。纳米材料特有的光学、电学和催化性质使其有效应用于生物传感过程,成为理想的标记物。因此,探索和发展基于生物相容性纳米界面的传感方法和技术,在微纳尺度上获取相关生物信息,对人类生命过程的机理研究和疾病诊断等具有重要的意义。石墨烯和金纳米粒子作为最有潜力的纳米材料,是构建电化学、光学以及光电化学生物传感器的理想载体。一方面,石墨烯和金纳米粒子与生命体系中的生物大分子在空间维度上相仿,更容易接近生物分子的靶向位点并保持生物分子的活性,从而大幅度提高相关生物分子的检测灵敏度；另一方面,生物分子间的任一作用可以引发石墨烯和金纳米粒子电子性质和催化性能的巨大改变。因此基于石墨烯和金纳米粒子构建新型的生物相容性纳米界面,在生物传感领域具有重要的意义。本文基于石墨烯和金纳米粒子的催化性能,构建了一系列具有催化活性的电化学、光学以及光电化学纳米传感器。通过电化学方法检测了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)在石墨烯功能化材料表面的电催化氧化行为；通过光学方法利用金纳米粒子的催化活性检测了DNA、microRNA (miRNA)以及核酸适配体目标分子K+和ATP；通过光电化学联用技术,研究了NADH在单个金纳米棒上的化学反应。具体内容如下：1.石墨烯功能化材料修饰电极对NADH的电化学催化氧化通过将亚甲基蓝电聚合在化学还原石墨烯和氧化石墨烯修饰玻碳电极表面,得到聚亚甲基蓝/化学还原石墨烯和聚亚甲基蓝/电化学还原石墨烯复合物。并对两种修饰电极的电化学性质及其对NADH的电催化氧化性能进行了比较。结果显示,聚亚甲基蓝/化学还原石墨烯修饰玻碳电极的聚亚甲基蓝负载量更高、电极稳定性更好。聚亚甲基蓝/化学还原石墨烯和聚亚甲基蓝/电化学还原石墨烯修饰玻碳电极分别将NADH的过氧化电位降低至+0.16V和+0.26V,前者具有更好的催化活性。这对于一系列石墨烯功能化吩嗪类染料的电催化性能研究有一定的指导意义。2.基于金纳米粒子的类葡萄糖氧化酶活性检测DNA杂交DNA杂交可以调控金纳米粒子的类葡萄糖氧化酶活性。研究发现,单链DNA容易吸附于金纳米粒子表面,抑制其催化葡萄糖氧化的活性,而双链DNA能够缓和这种抑制。在此基础上,设计了一种新型的基于DNA构象变化的生物检测平台,结合辣根过氧化物酶(HRP)催化H202氧化2,2’-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)变色或氧化3-氨基邻苯二甲酰肼(luminol)化学发光的反应,通过紫外-可见方法或化学发光方法检测了DNA、miRNA和K+,得到的相应检测限分别为0.75nM、8nM和0.5mM。之后利用金纳米粒子的这种催化活性,通过暗场光谱显微平台观测了单个金纳米粒子的自催化生长,为等离子体共振光谱技术检测生物分子提供了一种新的尝试。3.基于单个金纳米粒子自催化生长的ATP检测研究金纳米粒子既作为一种类葡萄糖氧化酶催化剂,又作为吸附低聚核苷酸的平台。研究发现核酸适配体能够抑制金纳米粒子的自催化生长,而核酸适配体与ATP作用后,金纳米粒子的自催化生长恢复。基于此原理,建立了一个新型的用于ATP检测的表面等离子体共振传感器。实验结果显示随着ATP浓度的增加,自催化生长后金纳米粒子的等离子体共振散射光谱峰逐渐红移,检测限可达4.0nM。与其它核酸适配体生物传感器相比,这种新型的ATP传感器具有无标记、实时可见、灵敏度高、选择性好的优点,为利用金纳米粒子检测生物分子进行了一次新的探索。4.基于电化学和等离子体共振光谱联用技术研究NADH在单个金纳米棒上的化学反应构建了氧化石墨烯/金纳米棒和电化学还原石墨烯/金纳米棒纳米界面,通过电化学与等离子体共振散射联用技术,在线监测NADH在单个金纳米棒表面的电化学催化氧化过程。研究发现,金纳米粒子表面覆盖氧化石墨烯,其等离子体共振散射光谱峰红移,当氧化石墨烯电化学还原后,等离子体共振散射光谱峰蓝移,石墨烯覆盖度越大,光谱峰的位移程度越高。以氧化石墨烯和电化学还原石墨烯作为NADH电化学氧化的催化材料,发现电催化NADH氧化过程中的电子转移会使金纳米棒的等离子体共振散射光谱峰蓝移。光谱峰的位移值在循环伏安一个周期内呈可逆趋势,并且最大位移值与电极的催化性能相关。在NADH的过氧化电位处,随NADH浓度增加,光谱峰的蓝移程度逐渐增加。这为研究单个纳米粒子表面的化学反应过程提供了一定的基础。