随着生命科学的不断发展，人们对与生命活动相关的蛋白质、小分子以及毒性环境污染物的分析检测要求变得越来越高。为了获得全面的生命信息，急需发展一些灵敏度高、选择性好、操作简单且花费低廉的分析检测方法。生物传感器（Biosensor）涉及了多学科交叉的分析应用，结合了生命科学、分析化学、物理学、材料学和信息科学及其相关技术，能够对所需要检测的物质进行快速分析和追踪。由于其具有灵敏度高、选择性好、响应速度快、操作简便等优点而受到了科研工作者的高度重视，并在生化分析领域展现出巨大的应用前景。近年来在世界范围内掀起了碳纳米材料研究热潮，不同结构及形貌的新型碳纳米材料相继被合成出来，例如零维的富勒烯、一维的碳纳米管和二维的石墨烯等。碳纳米材料作为一种常见的纳米材料，具有良好的生物相容性，优良的催化性、导电性、大的比表面积等优点，在生化分析领域得到了广泛而有效的应用。不同结构碳纳米材料的引入能够有效地提高生物传感器的灵敏度、稳定性等性能，从而大大推动了生物传感器的发展。本文主要采用化学气相沉积法制备了几种新型碳纳米材料，在此基础上构建了新型生物传感器，并将其应用于重金属离子、DNA和小分子的检测。具体内容如下：（1）基于氧化石墨烯-DNA酶复合物生物传感器的研究。由于氧化石墨烯对不同长度的单链DNA吸附能力的不同，我们设计了一个基于氧化石墨烯-DNA酶复合物的荧光增强型生物传感器并用于铅离子的检测。由于底物链和酶链杂交之后的探针中含有一段单链DNA序列，通过π-π堆积效应，该探针可以吸附在氧化石墨烯（GO）表面，并使标记在底物链5’端的荧光基团靠近GO，发生荧光能量共振转移，导致荧光基团的荧光被淬灭。而当加入Pb2+后，DNA酶的催化活性被激活，并将底物链切割为两部分。标有荧光基团的短链DNA（仅有5个碱基）以及另外一段底物链片段从酶链上解链游离下来。释放出的酶链可继续与未反应的底物链杂交，同时诱发下一轮的催化切割，如此循环，反应体系中就存在很多标有荧光基团的短链DNA。之后加入具有高荧光淬灭效率的GO，由于短链DNA（仅有5个碱基）与GO结合力很弱，荧光基团将远离GO而使其荧光不被淬灭。因此，该传感器显示出高的灵敏度，其检测限为300pM。（2）基于磁性石墨纳米囊（MGN）的生物传感器的研究。由于MGN对单链DNA和双链DNA吸附能力不同，我们构建了一个基于MGN的荧光生物传感器，并将其用于DNA检测。首先，我们利用化学气相沉积法合成了具有核-壳结构的MGN。其次，将MGN引入DNA检测领域，单链DNA（ssDNA），通过π-π堆积效应可以吸附在MGN表面，形成稳定的ss-DNA/MGN复合物。这种复合物可用于目标DNA的捕获。实验中，我们选取了一条标有荧光基团的含有29个碱基的单链DNA作为捕获探针，首先将捕获探针与MGN混合，然后加入目标DNA链（含有17个碱基），由于捕获探针和目标DNA链杂交之后的探针中仍含有一段单链DNA序列，故该探针吸附在MGN表面，导致体系的荧光被淬灭。但当加入释放DNA链之后，释放链与探针分子形成刚性的双链结构，由于双链DNA与MGN的结合力很弱，荧光基团将远离MGN而使其荧光不被淬灭。从而实现对目标DNA的检测。同时，我们利用磁富集效应，除去仍处于游离状态的捕获链以降低背景荧光，可以进一步提高该传感器的灵敏度。实验证明，该生物传感器能够高灵敏、高选择性地检测目标DNA，其检测限为50pM，比普通基于碳纳米管和石墨烯的生物传感器的检测限提高了三个数量级。（3）基于空心石墨纳米囊的生物传感器的研究。在磁性石墨纳米囊的基础上，我们进一步用混酸氧化的方法制备了具有中空结构的石墨纳米囊（HGN）。该颗粒具有较大的比表面积、优良的导电性、良好的生物相容性等优点，因此我们构建了基于空心石墨纳米囊的电化学传感器用于H₂O₂检测。通过静电作用，带正电的亚甲基蓝（MB）和辣根过氧化物酶（HRP），可以被吸附固定在HGN表面。同时因为MB分子与HGN之间的π-π堆积效应，HGN对作为电子介体的MB分子有高的承载能力。MB分子的引入，实现了HRP酶的活性中心与电极之间的直接电子转移，对H2O2有很好的电催化还原作用。该传感器制备方法简单，对H2O2具有较高的亲和性，具有灵敏度高、响应速度快、重现性和稳定性好等优点。