在诸多纳米材料中,纳米碳材料因其独特的成键方式和几何结构以及由此带来的优异物理化学特性受到广泛关注。通过表面修饰和化学掺杂制备的纳米碳材料具有丰富的功能化基团,为进一步结构调控和性能优化提供更多可能性。例如,不仅可以通过共价作用合成多种衍生物,而且还能够利用π-π堆叠、静电吸附等非共价作用制备性能优异的复合材料。此外,纳米碳材料还具有廉价易得、稳定性高、生物兼容性好、环境污染毒性低等优点。因此,将纳米碳材料应用于生物分析传感可以改善传感器的稳定性、提高检测的灵敏度。然而,生物传感界面具有许多特殊性,原始纳米碳材料的表界面性质亟需进一步改善,以便更好地提高传感信号转导的动力学过程。因此,本论文旨在通过非共价作用调控纳米碳材料的结构和界面,改善富勒烯基材料在水溶液中的分散性、光电转换能力,增加偶联生物分子的活性位点,构建高灵敏性和高选择性的光电化学生物传感器;研究碳基纳米酶的催化活性,设计限域空间内的级联反应,提高全纳米酶体系的选择性和灵敏性。本论文的研究内容主要分为以下四个部分:（1）通过π-π非共价堆叠作用制备了氧化石墨烯-硫堇纳米复合电化学活性探针材料（GO-Th）。利用GO作为Th的载体,既可以加速电极与电化学探针之间的电子传递速率,又提供了丰富的羧基偶联纳米抗体。构建的电化学免疫传感器通过方波伏安法高选择性和高灵敏性检测Cry1C,在0.01-100 ng·m L-1呈现良好线性,最低检测下限为3.2 pg·m L-1。该方法拓展了GO基电活性探针在食品分析和环境检测领域的应用。（2）通过简单的研磨法复合烷基化富勒烯(AC60)、石墨薄片（Gr）、GO,制备富勒烯/石墨烯纳米复合材料(AC60-Gr-GO)。Gr能够提高AC60-Gr-GO的导电性,使AC60的光电转换效率增强了35倍。GO保证了AC60-Gr-GO在水溶液中的分散性和偶联生物分子的活性位点。以AC60-Gr-GO作为光电活性探针构建了高灵敏性和高选择性检测甲胎蛋白的光电化学免疫传感器,开拓了C60基纳米材料在早期疾病诊断中的应用。（3）利用物理吸附和π-π作用将C60负载到卟啉基金属有机框架（PCN-224）的表面和孔内,构建了长程有序的的电子供体-受体体系(C60@PCN-224),有效增强了光电转换效率。光电转换机理研究结果表明,在光辐射下,PCN-224产生的光生电子会传递到C60的最低未占据分子轨道,促进光生电子-空穴的分离。进一步以纳米抗体为生物识别单元,构建了基于光电化学方法定量分析S100钙结合蛋白B的方法,该方法不仅灵敏度高、选择性好,而且还为C60在光电化学生物传感器的应用开辟了新途径。（4）选择氮掺杂碳纳米笼材料（NCNC）和普鲁士蓝纳米颗粒（PB NPs）在微流控装置中构建了限域空间内的级联反应。通过比较NCNC和铁、氮掺杂碳材料催化氧化抗坏血酸（AA）性能的不同,筛选了催化活性合适的纳米酶,并且调控了纳米酶的级联顺序。利用级联反应对底物分步筛选的作用和限域空间对催化效率的增强,提高了全纳米酶体系对AA检测的选择性和灵敏度,为解决纳米酶选择能力低的问题提供了新思路。