近年来,抗生素由于其良好的抗菌效果而被广泛应用于人类的生产生活中。然而,高达70%-80%的抗生素会随着生物体排泄物排出体外,经迁移转化最终进入自然环境中,导致其环境及食品中残留问题严重,引发一系列的毒性效应。因此,建立操作简便、快速响应的抗生素及其毒性效应检测方法对于控制水体抗生素污染及监控用水安全等具有重要意义。与传统抗生素及其毒性效应检测方法相比,基于石墨烯材料的光学生物传感方法具有简便操作、快速响应、高灵敏度与高特异性等优点,为实现抗生素及其毒性效应的实时快速检测提供了新的契机。本论文以土霉素(OTC)及一种抗生素对人体的基因损伤生物标志物8-氧代鸟嘌呤(8-oxo-dG)的修复酶——人8-oxo-dG DNA糖基化酶(hOGG1)为检测目标物,围绕构建高反应活性的石墨烯传感材料,以及改善检测识别探针固有缺陷等问题展开相关研究,开发了四种基于石墨烯材料的光学生物传感方法。主要研究内容如下:(1)采用一步水热法制备了石墨烯/纳米金类过氧化物酶,纳米金颗粒均匀地生长于石墨烯表面,二者接触界面处呈现类过氧化物酶催化活性,并且由于DNA碱基与石墨烯的碳六元晶胞结构间存在π-π共轭作用,使单链DNA(ssDNA)可吸附于石墨烯/纳米金表面而占据催化位点,抑制其催化活性。据此,结合核酸适配子对目标物的特异性识别作用,构建了一种无标记的适配子比色传感方法,在均相体系中实现了土霉素的快速、可视化检测。经条件优化,OTC浓度在0.17-0.50 μmol/L范围内与体系吸光度呈线性关系,定量限为0.17μmol/L,检测限为0.09μmol/L。(2)采用一步水热法制备了 3D Graphene/Fe3O4-AuNPs类过氧化物酶,由于立体结构有利于促进催化反应传质,且双金属掺杂方法降低了材料的费米能级、加快了电子传递速率,致使其催化活性、与底物的亲和力与催化反应速率相较于平面石墨烯/纳米金均有所提高。经测定其催化反应动力学参数发现,其以H202为底物时的米氏常数Km值仅为平面石墨烯/纳米金的0.7%。。据此,结合核酸适配子对目标物的特异性识别作用,构建了一种无标记的适配子比色传感方法,实现了 OTC的高灵敏度检测。经条件优化,OTC浓度在0.01-0.25 μmol/L范围内与体系吸光度呈线性关系,定量限为0.01 μmol/L,检测限为0.008 μmol/L。(3)设计了一段间接荧光标记的OTC适配子识别探针,利用原位红外表征方法证明了在OTC存在条件下,探针中的适配子部分会结合OTC分子而释放原先与其一端杂交的荧光短链。据此,结合石墨烯的荧光猝灭性能,构建了一种间接标记适配子荧光传感方法,实现了 OTC的高灵敏度检测。该法避免了 OTC长链适配子空间位阻对其与石墨烯间作用力的影响,经条件优化,OTC浓度在0.01-0.2 μmol/L范围内与体系荧光强度呈线性关系,定量限为0.01μmol/L,检测限为5.17nmol/L,相较于基于直接荧光标记OTC适配子的荧光传感方法,检测限降低了 48.3%。该法对牛奶和自来水样品中土霉素的加标实验回收率分别为94-96%和97-105%。(4)基于石墨烯/纳米金的可被ssDNA调控的类过氧化物酶催化活性,构建了一种无标记的比色生物传感方法,实现了 hOGG1酶活的定量检测,检测时间在60min以内。利用琼脂糖凝胶电泳的方法证明了 hOGG1具有DNA末端保护作用,即可特异性识别并结合含有8-oxo-dG损伤位点的ssDNA,保护其免于被核酸外切酶水解,保存下的ssDNA吸附于石墨烯/纳米金表面,抑制其催化活性。经条件优化,hOGG1活性在0.02-0.11 U/μL范围内与体系吸光度呈线性关系,定量限为0.02 U/μL,检测限为0.0016 U/μL。该法对人乳腺癌细胞(MCF-7)及人正常肝细胞(HL7702)细胞裂解液中hOGG1酶活的检测结果与已报道的研究结果相一致,加标实验回收率为90-92%。综上所述,本论文基于石墨烯材料的优异性质,结合功能核酸的特异性识别作用,以及生物化学、分子生物学等领域的相关技术,构建了几种光学生物传感方法,实现了OTC及hOGG1酶活的高灵敏度快速检测,为构建其他抗生素的传感检测方法具有一定的指导意义,也为生物传感方法在抗生素毒性效应评价中的应用提供了新的思路。