生物传感器是由生物、数学、医学、物理、化学、计算机科学和材料科学等多种学科交叉渗透而成长起来的一门新兴学科。近年来各种新型分子生物学技术不断涌现,并在科学研究和实际应用中得到不断的发展和完善,使生物分子检测的灵敏度和特异性都得到很大的提高。然而随着环境的污染和各种疾病的频发,人们不但需要一些灵敏度高、特异性好及成本低的传感器,更需要一些集诊断、成像和治疗于一体的多功能传感体系。目前人们生物一般利用一些纳米材料将多种功能融合在一起,构建多功能的纳米生物传感器。近年来纳米材料掀起了全世界的研究热潮,特别是石墨纳米材料和金属纳米材料。石墨纳米材料具有优良的拉曼散射性能、双光子性能、近红外外光(NIR)热转换性能、机械性能、生物相容性、量子尺寸效应、抗渗透性能、导热性以及大的比表面积和易于表面功能化等优点,在生化传感领域得到了迅速的发展和广泛的应用。金属纳米材料也具有许多优越的性质,例如,磁性金属纳米材料具有出色的磁性富集和核磁共振成像性能,贵金属纳米材料具有优越的等离子体共振性能、表面增强拉曼散射(SERS)性能、催化性能和量子尺寸效应等性质。因此,构建具有金属和石墨纳米材料双重特性的多功能复合材料,能够有效地拓展纳米材料在生化传感领域的应用范围,然而金属石墨复合纳米材料的发展遇到了一些问题,例如尺寸控制、高质量石墨的制备、材料的稳定性和均一性、制备步骤的简化等。基于以上研究背景,综合其它文献报道,本文主要采用简单的化学气相沉积法(CVD)制备了多种磁性和贵金属石墨纳米囊,并将其用于生物检测、防伪、生物成像、癌症诊断和治疗等方面,主要内容如下:(1)在第2章中,基于磁性石墨纳米囊(MGN)的磁性富集作用及其对单双链DNA的不同吸附力,设计了一种富集放大检测DNA的生物传感体系。MGN是由磁性的Co核和石墨壳构成,具有磁性颗粒和石墨的双重性能。捕获链可以通过π-π作用吸附在MGN表面上,同时5’端的荧光基团靠近石墨壳,发生荧光猝灭。当加入目标链后,捕获链的5’端与其杂交,而3’端仍然吸附在MGN表面上,在外加磁场的作用下该杂交链被富集。加入释放链以后,三条DNA链形成了完全互补的双链杂交结构,从MGN表面脱落下来,同时捕获链的荧光恢复。该方法有效解决了以往其他DNA放大方法的不足。该传感器具有较好的灵敏度和选择性,检测下限低至50 p M。(2)在第3章中,我们以磁性石墨纳米囊(MGN)为模板,将其用于丁二炔的自组装和光聚合,构建了一个用于p H传感和多模式防伪的自组装体系(MGN@PDAs)。MGN@PDAs既具有PDA颜色和荧光变化属性,又具有石墨独特的拉曼散射、近红外吸收、磁性和超导特性。基于荧光和核磁共振T2弛豫特性,可以将其用于p H传感。此外,MGN@PDA具有可逆的颜色变化、优越的拉曼散射和荧光发射性能、敏感的近红外热响应、独特的磁性,因此MGN@PDA具有出色的多模式防伪性能。(3)在第4章中,基于石墨优越的化学稳定性和抗渗透功能,将其作为保护性的外壳,构建了一种超稳定的银石墨纳米囊(Ag Cu@graphite,ACG)。与金相比,银的光学吸收截面更大,地壳储存量更丰富,而且价格便宜50多倍,理应是等离子体共振应用中的最佳材料,但是银很不稳定,很容易被腐蚀。因此,构建一种超稳定的银纳米体系具有重要意义。研究发现ACG颗粒在双氧水、硫氢化钠以及硝酸溶液中都具有很好的稳定性。此外,ACG具有较强的SERS效应,在SERS检测中表现出了较高的灵敏度、重现性和稳定性。(4)在第5章中,基于炔基分子在细胞沉默区具有较强的拉曼信号,以及银石墨纳米囊具有显著的SERS效应和拉曼散射性能,我们制备了炔基修饰的银石墨纳米囊,并将其用于活细胞的拉曼成像。银石墨纳米囊在细胞标记、快速拉曼成像方面取得了良好的效果。此外,炔基修饰的银石墨纳米囊的复合体系,展现了出色的细胞沉默区拉曼成像和共定位成像性能。(5)在第6章中,基于石墨与金纳米颗粒的光学性质和协同作用,构建了一种用于多模式细胞成像和光热增强化疗的金石墨纳米囊体系。通过CVD法合成的金石墨纳米囊(GIAN)具有多种功能。首先,GIAN是一种出色的SERS基底,因为它不但可以猝灭荧光,还可以避免分析物的光碳化和光漂白现象。其次,GIAN可以用于细胞的多模式成像。再次,GIAN可以运载抗癌药物阿霉素用于癌症化疗。最后,GIAN具有近红外光热效应,将其与化疗药物阿霉素结合后,阿霉素分子可以通过近红外光激发实现可控释放,大大减少了化疗的副作用。因此,GIAN在生物医学领域具有较好的应用前景。