石墨烯是一种由单层碳原子以蜂窝状排列而成的二维碳纳米材料，因其极好的理化性质以及在光学、电子、机械、能源、化学以及生物医学等多学科领域中的潜在应用而受到了广泛关注。在生物医学领域中，由于存在制备简单、成本低廉、水溶性好、比表面积大、易修饰、可塑造性和低毒性等特点，石墨烯已经被广泛用于药物递送、生物成像、光热治疗、生物传感器和细胞生长基底等研究方向中。近两年，石墨烯的表面增强拉曼散射(SERS)效应及其应用研究已经成为石墨烯的光学应用研究中的热点之一。然而，目前在众多研究报道中，能够真正将石墨烯的SERS效应用于生物医学领域的极少。本论文旨在进一步研究石墨烯的SERS效应，并对其在生物医学领域中的应用做了循序渐进的探索尝试。主要研究成果如下:　　 1) pH是生物体系中重要的影响因素。研究了氧化石墨烯(GO)的SERS效应对pH的依赖性。实验发现，GO对不同带电性的染料分子（罗丹明B、结晶紫、亚甲基蓝和丽春红S）的拉曼增强在pH2-10的范围内表现出很大的差异性。GO对带有正电荷的染料有很好的SERS效应，而对阴离子染料的拉曼信号则没有增强。通过GO对染料的吸附实验发现，pH会导致石墨烯与染料分子间的静电作用发生改变，影响了石墨烯对染料分子的吸附量，进而导致了不同的SERS效应。为了进一步验证这一观点，制备了含有更少表面负电荷的还原性GO(rGO)，发现rGO能够明显增强负电荷染料（丽春红S）的拉曼信号。表明rGO结构中电负性含氧基团的减少导致了rGO与负电荷染料间的静电排斥力减弱，二者间的π-π相互作用开始显现使得染料得以吸附。基于GO的SERS效应对pH的依赖现象为其在生物医学中的应用提供了巨大的参考价值。　　 2)石墨烯介导的SERS效应取决于石墨烯与探针分子间的电荷转移能力，而这种化学增强作用实在太弱，无法实际应用。特别是在溶液环境中，这种拉曼增强现象一直没有测出过。制备石墨烯-金属纳米复合物是解决这一问题主要手段。研究了几种制备石墨烯-金属复合物的策略。采用静电结合法，利用高正电性的壳聚糖对GO进行正电荷修饰，再将之与柠檬酸法制备带负电的AgNPs结合，制备出了带有正电荷的GO/AgNPs杂合子。同样采用静电结合手段，富含正电荷的金纳米棒(GNR)与GO自组装形成GO/GNR。采用原位合成策略，以色氨酸作为还原剂，成功地绿色制备了GO/AgNPs复合物。在水溶液中，GO/AgNPs表现出了很好的SERS活性。　　 3)石墨烯是一种二维的平面结构，其构型会在不同的溶液环境中发生变化。研究了不同pH溶液体系下，石墨烯-金属复合物本身的构象对其SERS效应的影响。将拉曼探针分子（叶酸）共价结合于GO/AgNPs上，排除了因不同pH值下探针分子对GO的吸附不同导致的实验误差。结果发现，SERS效应随着pH值的增加逐渐增大，这与FA-GO/AgNPs的构象变化一致。这一结果为GO/AgNPs介导的SERS效应在生物医学中的定量应用提供了重要的参考指标。　　 4)GO强烈的内在拉曼信号提示着其在细胞成像中的应用前景。介绍了一种新颖的基于GO/AgNPs的SERS标记用于细胞的探测与成像。通过调节GO与AgNO3之间的质量比，可以得到一个具有最佳SERS信号的复合粒子。采用这种粒子作为SERS标记可以实现对肿瘤细胞的快速SERS成像。采集一个像素点所需的时间只要0.06 s，远远高于一般的拉曼成像速度。另外，在GO/AgNPs上共价引入一个标记分子（叶酸）可以实现对过量表达叶酸受体的肿瘤细胞的快速靶向SERS成像。因此，以GO为拉曼标记的细胞成像为生物医学成像提供了很好借鉴意义。　　 5)石墨烯-金属纳米复合物的SERS效应已有不少报道，但是真正能够实现对生物样本的拉曼信号增强至今还未有报道。介绍了一种绿色的利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)功能化的GO辅助的细胞内合成金纳米复合结构的方法。其中，PVP是一种水溶性的、无毒的生物相容性大分子，常常在金属纳米粒子合成过程中起着稳定和调节作用。相比于一般的细胞内金纳米粒子(IGAuNs)的合成，GO/PVP/IGAuNs的生成非常迅速，这可以归结为PVP的调节作用。通过TEM观察，生成的GO/PVP/IGAuNs随机的分布于整个细胞。这种杂合子可以作为一种极佳的SERS活性底物，用于超灵敏探测分布在癌细胞核仁、核质及细胞质内的化学组分。这一粒子在细胞内的随机分布有助于细胞组分的拉曼检测，可从细胞的SERS成像图中得到证明。另外，GO/PVP/IGAuNs的快速合成也给肿瘤细胞的快速SERS鉴定提供了可能性。因此，这种简便、绿色合成石墨烯-金纳米复合物的策略有着很大的生物医学应用前景。