石墨烯是碳材料家族中的新兴成员,因其具有优异且独特的光学、热学、电学、化学和机械性质而受到科学家们的广泛关注。它固有的π-电子体系、良好的生物兼容性、巨大的比表面积等物理性质和化学性质使其具有作为固相吸附材料的潜质并应用于样品预处理当中。石墨烯的基本单元是sp2杂化的共轭结构形成的蜂窝状碳原子平面,对具有芳环结构的分子如蛋白质和核酸等表现出强烈的亲和性。但是,石墨烯可以吸附大多数的蛋白质,应用于生物样品的分离纯化时非特异性吸附干扰较大,对某一种蛋白或某一类蛋白的特异性较差。因此,对石墨烯进行特定的修饰和功能化,使其对目标分子具有特异性吸附能力是目前亟待解决的一个重要问题。DNA结构中含有蛋白质结构中没有的磷酸骨架,并能与纳米金属氧化物形成牢固结合。基于上述背景,为了实现复杂基体样品中目标分子的高效选择性分离和纯化,本论文旨在制备出一系列三维石墨烯复合物,并分别将所合成的石墨烯复合物和NiO纳米粒子应用于生物样品预处理,建立满足复杂基体样品中目标蛋白和DNA的选择性分离纯化的新体系。第一章中,简要概述了石墨烯的种类、性质和特点以及石墨烯和三维石墨烯的制备方法;概述了石墨烯材料在有机分子、重金属、蛋白质和DNA分离中的研究进展。第二章中,合成了镍修饰的三维还原氧化石墨烯复合物。在三维石墨烯形成过程中掺入镍,所得到的复合物材料用于蛋白质的分离,它对血红蛋白的吸附效率可达到98.5%。疏水作用和镍金属亲和作用是使Hb被吸附到材料表面的主要作用力。吸附在材料表面的Hb可用十六烷基溴化铵进行回收,且洗脱率可达93.6%。经过吸附/解吸过程后,所回收的Hb二级结构未发生变化,仍可保持原有的蛋白活性。最后经凝胶电泳验证,所获得的三维石墨烯复合物可实现人全血中Hb的分离纯化。第三章中,采用原位自组装并同时封装氧化镍纳米粒子的方法制备石墨烯复合物。采用三亚乙基四胺作为交联剂和还原剂,提供强碱性环境。GO溶液自组装形成三维石墨烯水凝胶的同时,形成氧化镍纳米粒子并封装于复合物内部,整个材料合成过程仅仅用时1 h。以卵清蛋白和溶菌酶作为蛋白吸附模型,该材料对糖蛋白——卵清蛋白的吸附效率和回收率分别为90.6%和90.7%。卵清蛋白中含有多条寡糖链,其链上的羟基能够和复合物表面的氨基形成很强的氢键;化学键和金属亲和性也有利于OVA的吸附。最终,所制备的复合物可用于分离纯化鸡蛋清中的卵清蛋白。第四章中,从NiO、CoO、ZnO、TiO2、CeO2和Fe3O4六种纳米粒子中筛选出对短链的单链DNA具有高稳定吸附作用的NiO纳米粒子。当DNA溶液中含有BSA或血清时,NiO仍可对DNA保持良好的吸附效果。为了进一步研究吸附过程,分别考察了pH、盐浓度、DNA长度和DNA序列对吸附过程的影响。通过加入化学试剂或变性剂与DNA竞争吸附来研究其吸附机理,聚磷酸分子是最有效地解吸剂,而简单的无机磷酸分子对DNA解吸作用不大。结果表明,NiO可作为一种从复杂样品萃取DNA的固相萃取剂。第五章中,采用了一种简单的化学还原法制备了石墨烯复合物（TiO2-rGOBA）。复合物内部呈现多孔结构,共轭疏水区域增大,内部插入的TiO2纳米团聚体使片层表面呈现纳米尺度的凸起,利于DNA附着。TiO2-rGOBA复合物与DNA之间的静电吸引力是DNA吸附的主要作用力。以鲑鱼DNA钠盐作为模型,考察了该复合物对DNA的吸附效果。在pH=3的缓冲液中复合物对DNA的吸附效率达98.4%,在pH=10的缓冲液可将DNA洗脱下来,洗脱率为96.3%。将该材料用于人全血中DNA的提取,得到的DNA纯度和商业试剂盒所提取的DNA无差异。第六章中,总结了本论文的研究内容,并展望了石墨烯类材料今后的发展和应用趋势。