纳米技术的蓬勃发展为纳米材料在分析领域的发展和应用开辟了新的思路，各种具有特殊性质的纳米材料的应用推动了化学和生物传感器的迅速发展。本文利用纳米材料的表面反应特性，将之与靶标的优势相结合，设计适宜的传感界面，通过分子识别过程和光学信号检测机制，发展了多种用于研究重金属离子和生物分子的新型化学和生物传感方法，以期实现对靶标的高选择性、高灵敏性检测。本论文的主要研究内容有:　　1利用氧化石墨烯强颜色猝灭能力，发展了一种新的超灵敏检测肝素的比色传感方法。十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）稳定的金纳米棒可以通过静电相互作用很容易地自组装在氧化石墨烯的表面，从而导致金纳米棒的表面等离子体共振(SPR)的吸收降低，颜色也随之由深变浅。以聚阳离子鱼精蛋白作为干扰金纳米棒和氧化石墨烯之间静电相互作用的媒介。鱼精蛋白和氧化石墨烯之间较强的相互作用，阻止了金纳米棒在氧化石墨烯表面的吸附。然而，当溶液中含有肝素时，肝素更易于与鱼精蛋白结合，此时金纳米棒就可以自组装到氧化石墨烯的表面，金纳米棒本身的颜色消失。随着肝素浓度的增加，金纳米棒的颜色逐渐褪去，最后变为无色。金纳米棒自组装的量与肝素的浓度成一定的比例关系，因此，金纳米棒SPR吸收和颜色的变化被用于检测肝素的浓度。在优化的实验条件下，该方法的最低检出限为5ng/mL，线性范围为0.02-0.28μg/mL。该方法具有高灵敏、高选择性、简单、快速和可视化的优点，有望用于现场灵敏快速检测微量水平的肝素。　　2发展了一种新的基于金纳米粒子在氧化石墨烯表面自组装的比色法用于高灵敏的检测肝素。聚阳离子鱼精蛋白用于诱导柠檬酸根稳定的金纳米粒子通过静电相互作用在氧化石墨烯表面自组装，从而引起SPR吸收的改变，同时溶液颜色呈现蓝色。由于肝素与鱼精蛋白之间具有很强的亲和力，因此，当溶液中含有肝素时就会干扰金纳米粒子的自组装。随着肝素浓度的增加，自组装的金纳米粒子的量逐渐减少，而溶液的颜色也随之由蓝色变为红色。基于此，我们建立了一种基于金纳米粒子自组装的且颜色“由蓝变红”的比色传感方法用于检测肝素。与常见基于“分散-聚集”（“由红变蓝”）的方法相比，尤其是对于低浓度的待测物，这种从蓝色到红色的颜色的变化更易于肉眼观察。此外，鱼精蛋白和肝素之间较强的相互作用确保了本方法对结构类似物以及各种潜在的生理水平共存物种的抗干扰能力。该方法具有免标记、简单、快速和肉眼可见的特点且可以很容易地通过金纳米粒子的自组装及采用两种聚离子介质来实现。在标准溶液中，该方法对肝素特异性检测的最低检出限为3.0ng/mL，线性范围为0.06-0.36μg/mL(R=0.9936)。此方法被成功的应用于胎牛血清样本中肝素的测定，最低检出限为1.7ng/mL，线性范围为0-0.8μg/mL。　　3利用聚阳离子鱼精蛋白、核酸适配体和金纳米粒子来比色检测三磷酸腺苷(ATP)和银离子。聚阳离子鱼精蛋白和带负电荷的核酸适配体通过静电相互作用结合在一起，此时加入金纳米粒子后，金纳米粒子在溶液中呈现良好的分散状态，颜色及SPR吸收也为本来的状态。当有靶标存在时，靶标与核酸适配体发生反应，此时鱼精蛋白就会与金纳米粒子发生反应，导致金纳米粒子发生一定程度的聚集，颜色及SPR吸收光谱也随之发生变化，以此来检测溶液中ATP和银离子的含量。在优化的实验条件下，该方法对APT的最低检测浓度为2nM，对银离子的最低检测浓度为1nM。　　4利用抗聚集的4-巯基吡啶(4-MPY)功能化银纳米粒子及鱼精蛋白和胰蛋白酶之间的特异性相互作用，发展了一种简单、灵敏的表面增强拉曼散射(SERS)方法用于识别和检测胰蛋白酶。聚阳离子鱼精蛋白不仅作为酶水解的底物，同时由于它能够诱导带负电荷的4-MPY功能化银纳米粒子发生团聚，因此它又作为SERS增强的媒介。胰蛋白酶对鱼精蛋白的水解催化作用降低了溶液中鱼精蛋白的浓度，导致银纳米粒子呈分散状态，于是降低了4-MPY的拉曼强度，进而实现对胰蛋白酶的光学检测。该方法对胰蛋白酶的最低检出限为0.1ng/mL。利用诱导4-巯基吡啶(4-MPY)功能化银纳米粒子发生团聚这一方式显著增强了SERS响应信号。该方法具有宽的线性范围（达5个数量级）和较好的相对标准偏差(2.4％～11.6％)。以胰蛋白酶作为一种模型，这一基于催化水解诱导的纳米粒子稳定性变化的新传感方法可以为超灵敏的SERS测量各种蛋白酶提供一个良好的平台。　　5发展了一种基于金纳米粒子功能化氧化石墨烯复合纳米材料的荧光增强型传感方法用于检测水环境中的铅离子。由于金纳米粒子具有良好的荧光猝灭能力，因此金纳米粒子功能化的石墨烯表现出非常小的背景荧光。但是，当有铅离子存在时，复合纳米材料的荧光得到了恢复和增强。这是因为在硫代硫酸根和2-巯基乙醇存在时，铅离子会加速金纳米粒子的溶解速率。基于此，本研究对铅离子进行了选择性的测定。在最佳优化条件下，复合纳米材料的相对荧光强度与铅离子浓度的负对数值在50-1000nM范围内显示出良好的线性关系(R=0.9982)，检测限为10nM。该方法对其他常见的共存金属离子具有良好的抗干扰能力。通过对自来水和矿泉水水样品的检测，证明了该方法具有一定的实际应用价值。这一基于铅离子加速溶解石墨烯表面金纳米离子的增强型荧光传感器，为高灵敏和高选择性检测水环境中铅离子提供了新的思路。