随着纳米技术的快速发展,纳米材料已经被广泛地应用到各个研究领域,主要包括环境监测、食品安全和生物医学等领域。然而,为了解决纳米材料在各研究领域应用过程中所存在的问题以及进一步拓展纳米材料的应用范围,仍需要开发新型的多功能纳米材料。每年由于细菌感染引起的疾病给全人类的生命安全带来严重的威胁。细菌的有效诊断和治疗能够抑制由于细菌感染所带来的危害。近年来,研究工作者将纳米材料应用于细菌的诊断和治疗,并已经取得了重大进展。基于纳米材料的表面增强拉曼光谱（SERS）技术可实现细菌的高灵敏检测,但是目前存在的问题是由于SERS基底的不均一性,使检测到的细菌的拉曼信号不稳定,进而导致细菌检测的准确度比较低。纳米酶,是具有类酶活性的纳米材料,它能够催化高毒性的活性氧（ROS）产生,具有很高的催化活性。由于纳米酶的这一特性,已经被用于细菌的治疗领域。但是,大部分的纳米酶主要用于生理条件下细菌的治疗,对于特殊部位的细菌（例如胃部的幽门螺旋杆菌）很难实现有效的治疗。这主要是由于在胃部强酸性条件下,需要纳米酶既能够抵抗胃酸的腐蚀,同时又具有很高的类酶活性,进而起到更好的杀菌效果,这是目前大部分的纳米酶所不能达到的。本学位论文针对新型多功能石墨纳米材料的设计与合成及其在细菌诊断和治疗领域中的应用进行了研究,主要研究内容如下:（1）磁性复合纳米材料是非常重要的一种纳米材料,它在样品的磁富集和分离、磁共振成像以及生物医学诊断和治疗等研究领域具有很好的应用前景。但是,目前用于磁性复合纳米材料的制备方法比较复杂,并且制备的磁性复合纳米材料的稳定性比较差,限制了其应用。针对该问题,第二章,我们利用化学气相沉积法（CVD）首次合成了磁性石墨纳米囊（MACGs）材料。该纳米材料以Au Co合金为金属核,石墨烯为壳层。该纳米材料同时集合了石墨烯、贵金属Au和具有铁磁性的Co元素多种材料组分,使该纳米材料同时具有石墨烯特殊的物理和化学性质、贵金属Au的等离子体的性质、Co元素的磁性以及这三种材料组分的协同效应所带来的特殊的性质,赋予纳米材料多功能性,使其在各研究领域中都具有很好的应用前景。（2）氰化物是一种剧毒性化合物,并且它也是绿脓杆菌的一种重要的生物信号分子。因此,氰化物的稳定性检测和生物体系中氰化物的长期监测有助于我们研究生物体之间的影响机制。但是,氰化物对常用的SERS基底（Au或Ag）具有很强的腐蚀性,使检测到的拉曼信号不稳定,对于生物体系中氰化物的长期监测更是一种挑战。我们合成的MACGs金属核中的Au元素作为常用的SERS基底可用于表面增强拉曼光谱分析。另外,由于石墨烯壳层的保护作用,MACGs可以有效地抵抗氰化物对金属核的腐蚀。第三章,我们以MACGs作为稳定的SERS基底实现了氰化物的稳定检测和生物体系中氰化物的长期监测,解决了氰化物对SERS基底的腐蚀性问题。（3）绿脓杆菌是一种条件致病菌,主要在囊性纤维化患者的肺部引起感染。绿脓菌素和HCN是绿脓杆菌的两种重要的生物标志物,可用于绿脓杆菌的检测。但是,同时利用这两种信号分子实现对绿脓杆菌的SERS检测还没有被报道。第四章,我们以MACGs作为SERS基底,实现了对绿脓菌素和氰化物的同时检测,进而实现对绿脓杆菌的原位检测,提高细菌检测的准确性。另外,MACGs的石墨烯壳层在拉曼静默区(1800-2800 cm-1)的特征拉曼峰（2D峰）,可作为稳定的内标（IS）分子,用于提高拉曼信号的稳定性,解决了目前细菌的SERS检测信号不稳定的问题。（4）自07年以来,越来越多的纳米材料被发现具有天然酶的活性。但是,仍需要研发多功能的纳米酶材料,丰富纳米酶的种类,拓展其研究领域。第五章,我们合成了新型的多功能石墨纳米酶（Pt Co@G）。该纳米酶具有优越的p H响应的类氧化酶和类过氧化物酶的活性,并且集合了多种材料组分,使其具有多功能性。另外,石墨烯壳层能够有效地保护金属核免受外界环境的腐蚀,在极端条件下仍具有很好的稳定性和类酶活性,使其在极端环境中的应用成为可能,这也是天然酶无法实现的。（5）幽门螺旋杆菌侵染是导致多种胃部疾病的主要致病因素之一。三联疗法,是用于治疗幽门螺旋杆菌的标准一线疗法。但是,由于抗生素在胃部的滞留时间不足、或受到胃酸的降解以及耐药性细菌的不断出现,导致其治疗效果不断将低。此外,大量服用抗生素对肠道共生菌也会带来严重的副作用。因此,急需发展一种替代性的治疗方法用于幽门螺旋杆菌的选择性治疗。第六章,我们利用石墨纳米酶p H响应的类氧化酶活性,实现了对幽门螺旋杆菌的选择性治疗。在幽门螺旋杆菌侵染的小鼠模型中,石墨纳米酶对幽门螺旋杆菌具有很高的抗菌活性,对正常组织和共生菌几乎不具有毒性,并且与临床治疗幽门螺旋杆菌的标准一线疗法具有相似的治疗效果,有望解决幽门螺旋杆菌临床治疗过程中存在的关键挑战。