蛋白质作为生命有机体的主要成分，是细胞内各类代谢和调控等生命功能的重要执行者，也是致病因子、药物等外界因素最重要的作用靶点。近年来，随着对各种疾病机理研究的不断深入，与疾病相关的蛋白标志物的检测分析已成为疾病诊断、病情预测以及药效评估的重要手段和依据，受到极大的关注与重视。另一方面，纳米材料与技术的发展为构建生物传感器提供了强有力的工具，针对各种疾病标志蛋白分析的新型生物传感器不断问世。然而，这些生物传感器在应对处于各种复杂环境之中的蛋白质分析仍面临着诸多困难。因此，本论文着眼于这一挑战开展工作，以石墨烯纳米材料为载体，生物分子为功能元件，提出了一系列以疾病相关标志蛋白为检测对象的新型生物传感策略，并且通过对实际样品的分析以及与传统检测方法的对比，初步验证了这些新方法的可行性和优越性。具体内容如下:　　(1)基于DNA修饰的金纳米颗粒与氧化石墨烯的相互作用，提出了比色阵列分析方法，用于多种蛋白质的分析，并应用于非小细胞肺癌两种亚型和三种分期的鉴定。研究表明，单链DNA修饰的金纳米颗粒上的DNA层可以通过碱基与氧化石墨烯表面碳骨架发生强烈的π-π相互作用，使得单链DNA修饰的金纳米颗粒大量吸附到氧化石墨烯表面。由于金纳米颗粒是一种三维球体，可以交联不同氧化石墨烯片层，最终形成大的聚集体，将使检测溶液中的金纳米颗粒和氧化石墨烯一起被沉淀下来，因此，检测溶液的颜色将发生显著变化。但是，若将金纳米颗粒表面的DNA分子变成双链或其它刚性结构后，由于DNA分子上的碱基被封闭在链内，无法与氧化石墨烯发生相互作用，最终的沉淀物就无法形成，溶液仍呈酒红色。进一步研究表明，不同的蛋白质分子对单链DNA修饰金纳米颗粒与氧化石墨烯的相互作用具有不同的影响，部分蛋白质分子可以显著增强两种纳米颗粒的结合，加快沉淀的形成;与之相反，有些蛋白质分子则会显著抑制两种纳米材料的相互作用，减缓沉淀的形成;另有一些蛋白质则对两种纳米颗粒的结合毫无影响。因此，基于上述现象，我们以不同单链DNA分子修饰的金纳米颗粒的为受体元件，提出了蛋白质比色阵列分析新方法，使用该方法可以很好地分辨出检测溶液中低至0.5nM的不同蛋白质分子，并且可以用来鉴别非小细胞肺癌病人肿瘤组织的两种亚型和不同的分期，证明了其分析复杂生物样本的能力。此外，基于DNA修饰金纳米颗粒与氧化石墨烯的相互作用，我们所提出的蛋白质分析新方法还可以拓展用于核酸及金属离子的检测，并且得到了满意的结果。　　(2)基于pH敏感分子修饰的羧基石墨烯，提出了免疫分析新策略，用来高灵敏检测人免疫球蛋白G以及多色检测肺癌病人的三种肿瘤标志物。我们首先通过羧合反应将抗体分子修饰在富含羧基的石墨烯边缘，再通过π-π相互作用和疏水作用将pH敏感分子如孔雀石绿、甲基红、酚酞、百里酚酞分别吸附到石墨烯表面，从而制得多种pH敏感的变色纳米探针。利用这些纳米探针，借助抗原夹心结构，我们分析了纯品及复杂样品中的人免疫球蛋白，结果表明，我们所提出的蛋白质免疫分析新方法可以将裸眼检测限降至100pg/mL，灵敏度比传统的酶联免疫吸附法提高了400倍，同时，整个检测过程无需终止液，在3分钟内即可完成，大大简化了实验过程。此外，我们利用三种变色纳米探针同时分析了三种肺癌蛋白质标志物-癌胚抗原(CEA)、神经元特异性烯醇化酶(NSE)和细胞角蛋白19的可溶性片段（Cyfra21-1），结果表明，联合分析病人血清中三种肿瘤标志物可以显著提高肺癌检出率，为癌症的早期诊断及对症施治提供更好的技术支持。　　(3)基于金属纳米颗粒与石墨烯所形成的复合纳米材料，提出了蛋白质定量电化学分析新方法。我们首先设计了一种简单而有效的水相合成法，通过界面诱导的共还原策略，在氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)片层上原位还原、负载分散均匀的银纳米颗粒(Ag nanoparticle，AgNP)。实验结果表明，该石墨烯负载的AgNP尺寸均一性好（2.9±1.4nm），且负载量高（5250μM-2），表现出优异的结构特性。然后，我们把该复合纳米材料修饰到电极上，形成GO-AgNP修饰电极，研究发现，GO-AgNP修饰的电极界面对电子传递具有富集和增强效应，由此可对多种生物分子如小分子药物、核酸、蛋白质的电化学信号输出具有显著的增强作用。进一步研究表明，这种二维纳米材料具有协同耦合效应，可成为优异的生物传感提供功能元件，因此，使用这种二维复合纳米材料，我们提出了蛋白质电化学分析的新策略。具体地说，由于石墨烯超大的表面积，可以负载大量的银纳米颗粒，实现有效的信号放大，因此，使用我们所构建的磷脂双层和DNA适体共修饰的金电极，在更加有效地捕捉复杂环境下的靶蛋白并使之到达电极表面的同时，使用这种金属纳米颗粒与石墨烯所形成的复合纳米材料，可以实现理想的信号放大。以凝血酶的分析检测为例，检测限可以低至1pM，线性范围为1pM至10nM，而且，该方法具有很好的选择性和抗干扰能力，用于实际样品的分析也可以获得非常满意的结果。此外，由于可以将DNA适体替换为针对其他靶蛋白的识别元件，使之适用于多种生物靶标的检测。