自2004年石墨烯概念化以来，人们对石墨烯的制备、性能及应用进行了大量的理论和实践探索研究，在众多方面取得了突破性的成果，如大批量、高质量石墨烯的制备；对石墨烯结构和性能的揭示，如特殊的分子结构、大比表面积、可调的带隙、优异的光学、电学、力学、热学性能等；实现了石墨烯在物理、化学、生物和医药等众多学科及交叉学科中的初步应用研究。在生物传感领域，石墨烯(氧化石墨烯)大的比表面积、π-π共轭结构、含氧功能团及良好的生物相容性、导电性等为生物分子的固载提供了平台，本论文主要围绕石墨烯在DNA生物传感中的应用开展了如下几个方面的工作：1.以苝系分子衍生物苝四羧酸(PTCA)对石墨烯进行非共价修饰，基于PTCA独特的π-π共轭结构及羧基基团，在石墨烯大的平面结构中引入大量的羧基，增强其在水溶液中的分散性，在EDC和NHS活化羧基后，5’端氨基修饰的探针DNA序列可被共价固载到石墨烯表面，进而与目标DNA序列杂交，杂交行为引起了石墨烯界面性质及DNA构型的变化，采用电化学交流阻抗技术(EIS)记录了这些变化，并作为信号实现了对一系列目标DNA浓度的检测。2.基于上面工作基础，首先以PTCA对石墨烯进行修饰，PTCA分子可有效阻止石墨烯的团聚并可引入更多的羧基，两个因素均有利于下一步金纳米粒子的负载，接着我们以氨基离子液体(NH2-IL)还原HAuCl4，金纳米粒子以原位定向生长的方式负载到石墨烯的表面。这种绿色方法合成的金纳米粒子平均直径3nm，均匀分布在石墨烯的表面，金纳米粒子的外围是正电性的咪唑环。基于静电吸附作用，可将探针DNA分子固载到氨基离子液体保护的金纳米粒子修饰的石墨烯表面，DNA固定和杂交后，修饰电极的电化学交流阻抗值增大，以此作为信号实现了对目标DNA的免标记杂交检测。3.合成了正电性的苝系分子：N,N-二(1-氨丙基-3-丙基咪唑盐)-3,4,9,10-苝四羧酸二酰亚胺(PDI)并用于石墨烯的修饰，以PDI/石墨烯复合物作为基础构筑了DNA电化学检测平台。UV-vis光谱及荧光光谱对PDI/石墨烯进行了谱学表征，吸收光谱和荧光信号的变化表明了它们之间的π-π堆积作用及电子传递。对石墨烯表面修饰的合理及可控设计可赋予石墨烯优异的结构及分散性、光电性能、导电性等，从而进一步扩展其应用领域。以PDI修饰的石墨烯可作为DNA固定和杂交的载体，单链探针DNA负电性的磷酸骨架可通过PDI正电性的咪唑环的静电吸附作用固载到PDI/石墨烯表面，这种静电吸附方式占用的是负电性的磷酸骨架而碱基暴露在外进行杂交反应，生成的双螺旋结构不会从石墨烯表面脱离，这不同于主要基于碱基和石墨烯之间的π-π作用固载单链DNA的方式，与互补序列杂交后生成双螺旋结构从石墨烯表面脱离。DNA固载和杂交后引起PDI/石墨烯界面性质的改变，以EIS记录了这些改变并作为杂交检测的信号，成功实现了对人体免疫缺陷病毒1pol基因的保留序列的检测，具有高的选择性及良好的再生性。4.化学方法直接合成的单片层氧化石墨烯通过静电吸附、氢键作用和环氧开环反应链接到重氮盐功能化的玻碳电极表面，基于DNA碱基和氧化石墨烯碳环之间的π-π共轭作用实现了探针DNA在氧化石墨烯上的固载。单链DNA包含两部分序列，即固载序列和探针序列，当没有目标DNA存在时，这两部分序列均平躺在氧化石墨烯表面，当引入目标DNA后，基于碱基互补配对，探针序列和目标序列进行杂交反应生成双螺旋结构，同时探针序列和氧化石墨烯之间的π-π作用被抑制，这样生成的双螺旋DNA就“站立”在氧化石墨烯表面，而固载序列仍呈现“平躺”构型，因而，杂交反应后DNA构型从“平躺”到“站立”及负电性的变化可引起氧化石墨烯表面性质的改变，采用EIS记录了这些变化并作为分析检测的信号。这种方法无需对GO修饰，并避免了对DNA的标记，因而更简便有效。此种特殊设定的单链DNA序列及杂交后双链DNA的保留有望应用于DNA纳米微结构及纳米微电子的构筑。