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由于肿瘤晚期极低的治愈率,人们希望能够在发病的早期对病情加以抑制并在癌变组织转移之前去除或杀死其中的肿瘤细胞,从而治愈病症。因而,癌症的早期检测与诊断一直是近年来科研界的热门研究领域。在不断的尝试与探索中,研究者们利用物理、化学、生物等各个学科的方法与知识开发出了许多应用于癌症早期检测诊断的技术。本文是关于一种基于三维石墨烯气凝胶（3D GA）材料的微流控生物芯片的设计、制备与应用研究,通过使用该芯片电化学免疫检测手段对典型的肿瘤标志物与外泌体实行定量与定性检测实验,以证明其对于癌症早期检测诊断具有很高的应用价值。本文的主要内容包括以下三个方面:（1）提出了一种适用于电化学免疫检测的微流控生物芯片的设计思路与制备方法,并研究该芯片的电学与化学性能。该芯片中集成了三电极体系,采用氧化铟锡（ITO）导电导电玻璃作为芯片基底,导电银浆作为粘结层,在银浆表面通过原位化学还原氧化石墨烯（GO）制备三维GA薄膜作为工作电极.使用芘甲酸（PCA）对GA进行功能化引入羧基并进而修饰抗体作为检测电极。通过显微镜与扫描电镜（SEM）观察可以发现GA膜表面丰富交错的褶皱结构与截面的孔隙结构。这一三维形貌特征赋予了GA/Ag/ITO电极具有极大的比表面积与非常小的交流阻抗（9 kΩ）。（2）使用电化学阻抗法（EIS）对典型的肿瘤标志物（IgG,CEA,AFP）进行检测与分析,证明该芯片具有良好的检测灵敏度与选择性,以及较宽的线性响应区间与较低的检测限。在检测中,目标抗原通过免疫吸附固定于修饰了对应抗体的工作电极表面从而阻碍电极表面与电解液间的电荷传输,从而增大工作电极的交流阻抗响应。通过检测交流阻抗的变化可以判断样本中检测对象的浓度。实验证明,该芯片对于典型的肿瘤标志物具有良好的检测灵敏度与线性响应范围,以及良好的选择性与远低于传统检测方法的检测限。同时,该芯片还可以用于对肿瘤细胞外泌体进行可靠的定性检测,有望应用于对早期癌症病情的诊断与术后病人癌症指标的监测。（3）尝试了在该芯片中引入石墨烯金颗粒复合材料（AuNPs@GA）作为电极,探索不同的制备方法对芯片的电学与化学特性的影响。在GO的还原过程中加入一定比例的氯金酸（HAuCl4）,以GO分子作为金颗粒生长的晶核,从而通过一步还原法制备AuNPs@GA复合材料。通过SEM观察发现生成的金颗粒主要吸附与GA分子的褶皱与孔隙结构附近。试验中发现当HAuCl4的浓度在2 mg/mL以下时所制备的复合材料具有良好的均一性,大部分金颗粒的尺寸为几十到几百纳米。通过EIS检测,发现AuNPs@GA/Ag/ITO电极的交流阻抗响应与HAuCl4的浓度对数大致成二次响应关系。金颗粒的引入增大了工作电极的阻抗,这可能是由于金颗粒的生长影响了GO分子的自组装从而改变了GA的三维形貌,以及复合材料中可能含有过多的非导电杂质所致。AuNPs@GA芯片最佳的制备方法以及应用仍需要进一步的研究探索。