电化学传感器具有灵敏度高、检测限低、仪器设备便携、经济和易于微型化等优点,吸引了广大分析科研工作者的兴趣。近年来纳米材料科学迅猛发展,纳米材料已被广泛应用于电化学传感器的构筑,基于碳基材料优良的物理化学性能,石墨烯（GR）、碳纳米管（CNTs）越来越多地被应用于传感器的构建。本文主要研究基于碳纳米材料的生物传感器的制备,表征和传感应用,概括如下:第一部分,在文献调研的基础上综述了石墨烯和碳纳米管的概念、制备和功能化,并简单综述了基于碳材料电化学传感器的应用。第二部分,以胆碱（Ch）功能化的石墨烯（GR）修饰电极为基础构建了一种方便、快速和低成本的测定抗氧化剂的电化学新方法。胆碱单分子层拥有-N⁺（CH₃）₃极性基团,可显著增加电极表面的活性位点密度,同时也为石墨烯的组装提供了良好的局部微环境。通过该方法制备的石墨烯修饰电极具有较宽的电位窗口、较高的电极活性和良好的稳定性,可显著催化抗氧化剂（叔丁基对苯二酚（TBHQ）和丁基羟基茴香醚（BHA））的电化学氧化。在优化的实验条件下,TBHQ和BHA的峰位差达到了0.238 V,可实现良好的电位分辨和同时测定。与文献的检测方法相比,该方法具有较宽的线性范围和较低的检出限。此外,该方法成功实现了市场上食用油样品中抗氧化剂的电化学检测,检测结果与标准方法（高效液相色谱法（HPLC））相吻合。因此,本工作的开展在食品安全领域具有一定的应用价值。第三部分,以在石墨烯修饰的玻碳电极表面致密地沉积纳米金（AuNPs）（AuNPs/GR/GCE）为基础构造了一种电化学传感器,并用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和循环伏安（CV）的方法对AuNPs/GR/GCE的物理化学性质进行了表征。结果表明AuNPs/GR薄膜能够有效地催化几种抗氧化剂的氧化反应。由于电极反应动力学的提高,TBHQ和BHA的氧化电流显著增加,并且氧化峰明显负移。新构建的传感器检测抗氧化剂时具有线性范围宽,检出限低,稳定性好等优点。第四部分,基于胆碱单层功能化的GCE修饰多壁碳纳米管（MWNTs）制备新电极（MWNTs/Ch/GCE）,本章提出了一种有效测定三磷酸腺苷（ATP）的电化学新方法。Ch可通过氧原子共价固定到GCE的表面,Ch单分子层因具有-N⁺（CH₃）₃极性基团而能够提供带正电的表面有利于吸引带负电荷的MWNTs。因此,MWNTs/Ch膜能够显著地催化ATP的电化学氧化。与ATP的传统检测方法相比,本文的方法具有快速、简单、成本低和易于操作等优点,使其在生物化学和分子生物学中拥有巨大的应用潜力。