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表面增强拉曼光谱（SERS）是一种能够检测超低浓度分子的“指纹”光谱分析技术。在过去的几十年中,由于SERS的高灵敏度和准确性,引起了很多关注,并逐渐应用于环境保护、生物医学和痕迹检测等众多领域。但是,传统的SERS传感芯片多以二维（2D）结构的贵金属颗粒构成,存在灵敏度、稳定性等方面的诸多挑战。新型三维（3D）结构的SERS传感芯片因其能够提供高密度的“热点”,使得器件性能得到很大的提高,因此广受科研人员追捧。本文利用磁力辅助自组装的方式制备了一种3D磁性纳米颗粒（F-NPs）SERS传感芯片,并将SERS传感芯片成功应用于复杂土壤环境中的六氯苯残留检测和结直肠癌检测方面。首先,本文通过仿真重点研究了纳米颗粒镀层、尺寸、间隙以及微纳结构对SERS传感芯片的性能影响,研究发现“热点”往往出现在镀了贵金属的纳米颗粒间隙之间,同时,纳米颗粒的尺寸以及间隙对器件的性能都有重要影响,尺寸的不匹配以及间隙的过大都会直接导致增强性能的下降,此外,还发现3D SERS传感芯片中的“热点”密度远远高于2D SERS传感芯片。其次,探究了SERS传感芯片的制备工艺,制备了4种不同的SERS传感芯片（包括3D F-NPs、3D聚苯乙烯颗粒（PS-NPs）、2D F-NPs、2D PS-NPs SERS传感芯片）,并对其进行了表征分析。同时,通过对比实验系统的分析了材料、磁力辅助、尺寸对SERS传感芯片性能的影响,最终选择制备了性能最佳的400 nm 3D F-NPs SERS传感芯片。进一步对器件的各种性能测试表明:400 nm 3D F-NPs SERS传感芯片的增强性能大约是2D F-NPs SERS传感芯片的35倍,是相同尺寸聚苯乙烯纳米颗粒制备的3D SERS传感芯片的2倍。此外,400 nm 3D F-NPs SERS传感芯片具有超高灵敏度(4-氨基苯甲酸（4-ATP）极限检测浓度为10-12 M)和较高的稳定性（真空中至少可以保存7天）。最后,将SERS传感芯片应用于环境检测与医学临床诊断方面。在医学方面,通过SERS传感芯片收集癌症患者与健康志愿者的血清样本光谱数据,并对其分析发现两者血清成分之间的区别,通过机器学习的方法,可以将癌症患者与健康志愿者进行成功区分,其准确率为88.7%,特异性为100%;在环境检测方面,3D F-NPs SERS传感芯片能够成功的检测到自然土壤中的六氯苯残留,表明传感芯片具有多方面的应用前景。