生物传感器的开发历史可追溯至上世纪六十年代科学家首次提出葡萄糖酶电极概念并研制开发了第一代酶生物传感器。在往后的五十余年间,生物传感器研究领域百花齐放,开发了基于不同生物识别元件、信号转换方式和检测技术的各类生物传感器。而进入二十一世纪后,微纳技术特别是新兴纳米技术的蓬勃发展为生物传感器相关研究开启了新纪元。磁性纳米材料作为一类新型的纳米材料,具有小尺寸、大比表面积和超顺磁性等特点,同时具有良好的生物相容性并易于进行表面修饰。将其应用于生物传感器开发可以有效提高生物传感器的样品处理效率和检测灵敏度,此外利用外加磁场实现材料循环利用可有效降低使用成本和环境污染风险,为生物传感器在实际商业化应用中的发展开辟广阔前景。本课题综合利用纳米合成技术、无机化学技术和分析化学技术等科学技术手段,探索了相关磁性纳米材料的合成方法,构建了相关生物传感器系统,结合电化学阻抗谱检测技术、荧光检测技术和比色检测技术这三种常用的生物传感信号检测技术,实现了对相关微量物质的识别分析,拓展了磁性纳米材料在生物传感器中的应用场景。主要研究结论如下:（1）构建了磁性纳米材料阻抗生物传感器用于微量转基因蛋白Cry1Ab检测。采用具有高特异性和亲和性的核酸适配体代替传统抗体作为转基因蛋白Cry1Ab的生物识别元件并将其修饰于磁性纳米颗粒表面,设计并加工了新型圆盘微电极和微流通池体系,构建微流控分析系统实现对样品中微量转基因蛋白的快速、高灵敏检测。为使所构建的微流控分析系统对Cry1Ab蛋白具有最佳检测性能,对检测系统分析参数进行了优化,其最优溶剂体系为0.01 M甘露醇,最优检测频率为358.3 Hz。最终所实现的对Cry1Ab蛋白的线性检测范围为0～0.2 n M,线性相关性为0.92,检测限为0.015 n M。使用四种不同的转基因蛋白（Cry1Ab,Cry1Aa,Cry1Ac和Cry1B）评估该新型微流控阻抗传感方法的特异性。在同等浓度条件下,该传感方法对目标物Cry1Ab蛋白的阻抗响应明显高于其他三种非特异性同源蛋白。使用该分析系统分别对转基因玉米、转基因水稻、非转基因玉米和非转基因水稻经处理后的上清液样品进行阻抗测试,记录其在最优频率358.3 Hz下的阻抗响应情况。Cry1Ab蛋白阳性的转基因玉米和转基因水稻样品的阻抗响应信号明显高于Cry1Ab蛋白阴性的非转基因作物样品。使用标准ELISA检测方法与微流控阻抗分析系统进行对比,二者检测结果之间的误差在8%以内。此外,在信号检测频率为358.3 Hz时,经过25次再生过程的电极芯片产生的阻抗信号相对标准偏差RSD仅为1.38%。（2）构建了磁性纳米材料荧光生物传感器用于微量汞离子检测。使用富含T碱基并连有荧光标记物的核酸适配体作为生物识别元件,并针对目前碳纳米管材料制备使用成本偏高的问题,提出一种低成本的磁性竹节状碳纳米管BMCNTs合成方法并利用其作为换能器实现生物识别信号的转换,借助换能器的可磁分离及可循环使用特性,最终实现对水体中微量重金属元素汞的检测。通过SEM和TEM等技术手段表征本研究所合成竹节状碳纳米管的结构和元素。结果表明,该碳纳米管长度可达微米级,平均直径约为100 nm,镍纳米颗粒封装在石墨相碳层以及碳管的顶端中。将浓度范围为0.05～20μM的汞离子加入至ss DNA/BMCNTs检测体系中,通过汞离子浓度梯度检测评估本研究所构建的基于FRET原理的ss DNA/BMCNTs检测系统的灵敏度。荧光检测结果表明,FAM标记的ss DNA探针的荧光发射特性对浓度在纳摩尔级别的汞离子具有较好的灵敏度。随着汞离子浓度的增加,其荧光发射强度也逐渐增加(λex/λem=480/520 nm)。当汞离子浓度高于10 n M时,其强度增加速率逐渐减低,此现象可归因于ss DNA与汞离子的相互作用趋于饱和。当汞离子浓度范围为0.05～1μM时,本研究所构建的ss DNA/BMCNTs检测系统的荧光强度与汞离子浓度具有良好的线性关系,其检测限为0.02μM,低于世界卫生组织（World Health Organization,WHO）关于饮用水中汞含量应低于0.03μM的规定。使用该检测系统对浓度为50μM的各类重金属离子分别进行特异性测试。在非目标物重金属离子浓度10倍于汞离子浓度的条件下,其引起的荧光强度增长依然明显低于汞离子引起的荧光强度增长。此结果说明在所有测试的重金属离子中,仅有汞离子能显著引起体系荧光恢复,这是由于汞离子诱导ss DNA产生碱基错配从而使ss DNA从BMCNTs表面脱离,阻碍了FAM荧光标签与BMCNTs之间的荧光共振能量转移。同时本研究构建的检测系统对于实际水体中汞离子含量检测水平与标准方法原子荧光光谱法相比,具有很好的准确度。此外,本研究合成BMCNTs的材料成本仅为0.95$/g,具有良好的经济效益。本研究所构建的检测系统与目前已报道的部分基于FRET原理的检测手段相比,具有接近的检测灵敏度,但只有本研究构建的检测体系由于BMCNTs可磁分离的性质从而可循环再利用,经过十次再生循环,其加入特定浓度汞离子后的荧光恢复强度波动范围为95.2～106.5%,相对标准偏差在5%以内。（3）构建了磁性纳米材料比色生物传感器用于微量葡萄糖检测。以事先合成的普鲁士蓝纳米立方体作为模板前驱体,在惰性气体氛围下通过两步高温原位转化形成由介孔石墨碳有序立方框架和均匀分散的核壳型Fe/Fe3C@N-C纳米粒子两部分组成的Fe/N/C磁性纳米立方体。通过SEM、TEM和XRD等技术手段对材料形貌和元素进行表征,证明该合成方法是可靠的。Fe/N/C MNCs的过氧化物模拟酶活性通过在H2O2存在条件下催化显色底物ABTS的反应进行评估。当H2O2存在时,Fe/N/C MNCs可以催化ABTS反应生成蓝绿色产物;当没有Fe/N/C MNCs或H2O2时,ABTS不发生显色反应;使用Fe/N/C MNCs溶液的上清液同样无法催化ABTS反应生成蓝绿色产物。证实了本研究所制备的Fe/N/C MNCs具有过氧化物模拟酶活性。Fe/N/C MNCs的过氧化物模拟酶活性依赖于反应的p H和温度等条件。Fe/N/C MNCs的催化活性受p H值变化影响较大,在p H值为4时活性最高。Fe/N/C MNCs的催化活性在反应温度为50℃时较高,此后随温度上升,其催化活性有所下降,但仍保持在高于80%的水平。在优化条件下,通过向反应体系中加入不同浓度的H2O2和葡萄糖,催化反应后测试反应体系在420 nm处的紫外可见吸光度,测试结果表明反应体系吸光度和H2O2或葡萄糖浓度之间存在良好的线性相关性。通过使用麦芽糖、蔗糖、木糖、乳糖、半乳糖、果糖和空白对照验证所构建传感方法的特异性,当对照组样品的浓度为葡萄糖的十倍时,仍然可以通过反应体系的颜色变化深浅进行区分。此外经过十次再生循环,Fe/N/C MNCs的过氧化物模拟酶相对活力依然可以保持在95%左右。