碳纳米材料具有毒性低,易于合成和多样化的特点,并且能以多种形式存在。碳材料可以分为无机碳材料和有机碳材料两大类。无机碳材料分为石墨烯类材料如碳60、碳纳米管、石墨烯、石墨、石墨烯量子点等,以及金刚石类的材料和无定形碳几种,而有机碳材料一般分为有机小分子自组装的材料和有机大分子如多肽、蛋白、核酸等。将碳材料应用于生物传感领域构建生化传感器,相比于其他纳米材料有更好的应用前景。本文基于掺杂碳基量子点特性,研究了其在逻辑传感、拉曼增强方面的应用,同时研究了多肽分子的荧光形成机制。主要内容包括如下几个方面。1.以多巴胺和柠檬酸为原料,采用热分解法制备了一种能用于pH调控的多重光谱态的氮-掺杂碳量子点,这种碳量子点在酸性条件下呈现绿色荧光,在中性条件下呈现蓝色荧光,碱性条件下荧光猝灭。由于呈现三个状态,因此可以通过构建氢离子和氢氧根离子的输入,以450 nm和515 nm为输出,构建基元算数逻辑门,由XOR门和AND门组成半加法器和INHIBT门和XOR门组成半减法器。本章首次在碳量子点上实现了逻辑运算,扩展了碳量子点的应用范围。2.以多壁碳纳米管为原料,通过酸性高锰酸钾切割得到锰-掺杂的石墨烯量子点,在中性条件下,这种锰-掺杂的石墨烯量子点进一步自组装形成筒形结构的石墨烯纳米筒,这种筒形结构的石墨烯纳米材料有着宽的紫外可见光吸收性质,和石墨烯量子点相比,自组装前后表面基团并没有发生太大改变。基于这种效应,可以将其做为一种拉曼增强的基底,应用于拉曼光谱分析。以罗丹明-B为模版分子,考察了其应用的可能性。结果表明,碳纳米筒显示了良好的拉曼增强效应,与石墨烯量子点和石墨烯纳米球作为基底相比,碳纳米筒的信背比更高,并且基线平稳峰型尖锐。能保护被测分子不被光漂白和光分解。3.以氨基酸为原料,EDC/HNS为偶联剂,合成了聚甘氨酸、丝氨酸和聚多巴,考察了它们的荧光特性,并与从试剂公司购买的商业标准品进行了对照。结果发现,基于本方法合成的聚多巴,在氧气的存在下会发生荧光猝灭,据此推测,蛋白质的自身荧光不仅来源于氨基酸残基上的芳环,而且是多肽骨架和侧基共同作用的结果。