石墨烯、碳纳米管和二氧化硅纳米材料以其优异的物理、化学特性成为纳米技术领域研究的焦点。随着合成和功能化的方法日趋成熟,这些纳米材料在生物领域的应用受到了极大的关注。近年来,以生物分子识别为基础的生物传感器,药物靶向释放,生物分子调控的纳米组装为纳米材料的应用提供了广阔的平台。　　 本论文主要从分子识别的角度出发,发现并应用这三种纳米材料优异的化学生物学特性。我们首次报道了羧基化石墨烯和碳纳米管的过氧化物酶活性,并将其用于血糖浓度和疾病相关的单核苷酸多态性的检测。在此基础上我们利用纳米管和石墨烯的协同效应模拟过氧化物酶检测铜离子和癌细胞。此外,我们研究了碳纳米管与三链DNA的相互作用,并利用DNA的构象转化将二氧化硅纳米粒子用于小分子的检测。主要内容如下:　　 1.首次报道了羧基化石墨烯(GO-COOH)的过氧化物酶的活性。与辣根过氧化物酶相似,这种催化作用主要依赖于pH,温度和双氧水的浓度。实验证明我们所观察到的催化活性是由于石墨烯电子结构引起的。有双氧水和底物TMB的时候,GO-COOH或SWNT-COOH王可以产生蓝色的颜色反应。基于GO-COOH的这一现象,我们设计和发展了一种简单,便宜,具有高度选择性和灵敏性的方法检测缓冲液,血液和果汁中的葡萄糖。　　 2.发现羧基化单壁碳纳米管(SWNT-COOH)具有本质的过氧化物酶的活性。实验结果表明这种催化活性是由纳米管自身的性质决定的,与纳米管中的金属残留物无关。为了说明SWNTs催化活性的潜在应用,我们设计了比色的方法检测疾病相关的单核苷酸的多态性(SNPs),该方法检测互补链的检测限可以达到1nM。　　 3.利用Cu(Ⅰ)催化的click chemistry发展了一种高效的方法制备多壁碳纳米管(MWNT)和磁性二氧化硅纳米粒子(MSN)的杂化材料。动力学实验表明MWNT-MSN具有比单个组成更高的过氧化物酶活性。我们将click chemistry和过氧化物酶的催化反应结合起来,发展了一种信号增加的方法检测Cu(Ⅱ)或Cu(Ⅰ)。　　 4.将荧光的二氧化硅纳米粒子和磁性二氧化硅纳米粒子用核酸连接起来组成三明治的结构,设计了一种新颖的单磷酸腺嘌呤(AMP)响应的生物传感器。传感器呈现出高的选择性,低的检测限,高的光稳定性。实验测得的最低检测限为0.1μM,相对于金纳米粒子,灵敏度提高了3000倍。　　 5.设计合成了叶酸修饰的石墨烯—hemin复合物(GFH),发现叶酸修饰的石墨烯对hemin酶催化反应的协同作用。通过GFH催化的颜色反应选择性的,定量的,快速的比色检测癌细胞,这种方法最低可以检测到1000个HeLa细胞。复合物在pH7.0时显示出最优的催化活性。　　 6.SWNTs能够在生理条件下诱导CGC+三链DNA的形成。在pH6.5的情况下,SWNT—COOH可以使双链DNA不对称地分为部分三链DNA和单链DNA。这种不均匀的分配增加了SWNTs的稳定性。但是,pH8.5时,双链DNA会凝聚在碳纳米管的表面从而降低碳纳米管的稳定性。羧基和羟基修饰的SWNTs可以诱导三链DNA的形成而带正电荷的SWNTs不具有这一能力。