具有优异的光学性质、良好的生物相容性的微纳米材料已广泛应用于环境、生物、能源等多个领域,但由于环境和生物中的实际样品浓度低、基体复杂、不稳定等特点,使得其在实际分析中的应用受到限制,因此构建新型、灵敏度高及选择性好的功能性微纳复合材料具有重要的研究意义。基于此,我们通过对石墨烯、碳纳米管、贵金属等材料进行修饰及改性,制备了具有强吸附性能的复合薄膜,实现了水体中抗生素的高效去除及高灵敏检测;针对生物体系的复杂性,制备了高灵敏、高选择性的纳米传感器用于检测细胞中的生物小分子。具体研究内容主要包括以下三方面:1、超薄/超轻型混合多孔碳膜的制备及其去除水中抗生素的性能研究近年来,抗生素在医药、农业和养殖业等方面的滥用导致了严重的水体污染,直接威胁到人体健康和生态安全。因此,为保证用水安全,亟需一种新型功能性材料用于水中抗生素的有效去除。针对此问题,本章通过真空抽滤法,将活性炭嵌入氧化石墨烯片层间制备了新颖的多孔复合碳膜（GO/AC）,并系统研究其吸附及去除水中抗生素的能力。结果表明,该复合薄膜具有比表面积大,传输通道多,机械性能和柔韧性好,活性位点多,吸附分子能力强等优点。对盐酸四环素（TCH）的滤除效率高于99%,饱和吸附量高达349.4 mg/g,且可多次循环使用。结合单分子荧光技术,该薄膜可实现水中TCH的低浓度检测,检测限（LOD）为pM级别,为水体抗生素污染提供了新的去除材料。2、基于碳纳米管-银纳米颗粒嵌入的氧化石墨烯薄膜用于水中抗生素的富集及SERS检测上述研究期间发现,水环境中的抗生素残留含量相对较低且难以实现现场检测。表面增强拉曼光谱（SERS）技术具有技术操作简单、信息含量丰富、灵敏度高、无需样品预处理、可以实时现场探测等优点,通过构筑高性能SERS活性纳米材料,可以实现单分子水平的检测。因此,本章通过物理化学方法,将Ag NPs均匀分布在CNTs改性的GO薄膜表面及片层间,制备同时具有富集和增强拉曼光谱信号功能的Ag NPs/GO-CNTs基底,结合便携式拉曼光谱仪,对环境中TCH的残留进行检测。其中,GO-CNTs通过吸附来富集痕量待测分子,而Ag NPs起到SERS增强作用。结果表明该新型基底稳定性和重现性较好,解决了Ag NPs团聚的问题,且LOD达到了nM级别,可实现环境中抗生素的快速、灵敏、在线、实时、现场或原位分析,为突发性抗生素污染事件现场应急检测提供新手段。3、使用高选择性和高灵敏度的SERS纳米传感器检测活细胞中的过氧化氢高灵敏度、高选择性检测活细胞中的过氧化氢（H₂O₂）以评价其在生理和病理过程的多种作用仍是一个挑战。本项研究中,基于4-羧基苯硼酸（4-CA）修饰金纳米颗粒（Au NPs/4-CA）制备出一种新型的SERS传感器,用于活细胞中H₂O₂的检测。该纳米传感器是基于H₂O₂使得金纳米颗粒上的芳基硼酸发生氧化还原反应生成苯酚,从而引起纳米传感器SERS光谱的变化。该传感器对H₂O₂具有更高的选择性,以及优异的灵敏度,LOD低达80 nM,可以满足生物体系中检测的H₂O₂要求。此外,该SERS纳米传感器对时间和pH变化具有长久的稳定性以及较高的生物相容性。更重要的是,该纳米传感器可成功用于监测活生物样品内氧化应激时的H₂O₂水平变化,这为细胞生物化学的研究开辟了新的机遇。