在现今医学诊断中,以超低浓度检测疾病生物标记物对医疗诊断至关重要。目前我国常用聚合酶链式反应（Polymerization chain reaction,PCR）技术和酶联免疫试剂盒（Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay,ELISA）分别对基因筛查和癌症诊断进行检测,然而这些方法需要对目标生物分子进行标记,并且设备昂贵,耗时较长,阻碍了他们在床旁检测（Point-of-Care Test,POCT）中的应用。因此,迫切需要发展一种具有小型化,高通量,低成本的生物传感平台。近年来,由于纳米材料具有优异的电学性能,超高的比表面积以及半导体器件制造技术的不断发展,人们逐渐关注使用纳米材料构造的场效应晶体管型生物传感器。在过去十年中,出现很多基于纳米材料的场效应晶体管（Field Effect Transistor,FET）型生物传感器,然而这些传感器存在无法批量生产,不够稳定,均一性差,灵敏度低等问题,所以目前生物传感器市场上还没有相关产品出现。半导体碳纳米管（Carbon Nanotube,CNT）具有原子层厚度、优异的电学性能、良好的生物相容性和良好的尺寸兼容性等优良性能,被认为是构建超灵敏场效应晶体管生物传感器的理想沟道材料,但是大规模制造稳定和超灵敏的碳纳米管FET型生物传感器仍然具有挑战性。再者传统的碳纳米管场效应晶体管生物传感器的结构未做出优化,使得传感器的性能无法进一步提升,从而降低了碳纳米管FET型生物传感器在实际应用中的发展潜能。在本文中,我们首先采用溶液法大规模生产出高纯碳纳米管材料,通过器件结构,材料与工艺的共同优化,使用微纳加工工艺批量化制备出高性能的碳纳米管场效应晶体管阵列,其亚阈值摆幅总体分布在80 m V/dec,开关比可达到5～6个量级,转移曲线几乎无回滞,可在持续偏压下维持较长时间的稳定。其次,由于传统型FET生物传感器的沟道材料直接暴露在外界环境中,外界环境及功能化材料对沟道带来的不同影响使得该传感器的传感机制复杂,难以实现传感器的性能均一,难以具有高灵敏度,针对该问题,我们提出基于浮栅型FET型生物传感器的结构,栅介质层的引入在一定程度上隔绝外界环境及功能化材料对碳纳米管沟道电学性能的影响,使得传感器表现出更好的均一性和稳定性,且该器件结构与碳基集成电路的制备工艺相兼容,因此可以成为构建碳基生物传感器平台的理想结构。本文中我们通过制备高纯的碳纳米管薄膜材料与引入氧化钇作为浮栅介质层,实现了高质量的浮栅型碳纳米管FET生物传感器阵列的制备。随后对传感功能化的连接层进行优化,实现了生物探针分子在器件表面的稳定连接。最后,我们对浮栅型FET传感器与传统型FET传感器的工作机制做出分析,并通过实验验证与理论分析证明浮栅型FET传感器具有良好的均一性和稳定性,且灵敏度较高。为了验证该传感平台在实际应用中的潜力,我们以核酸检测和肿瘤标志物的检测为目标,构建了用于检测Patau综合征和筛查肝癌细胞的生物传感器。对两种生物分子的检测浓度分别低至100 a M和6 particles/μL,并且传感器具有优良的特异性和稳定性。另外,传感器的实时测试结果展示出该传感器对100 a M浓度的DNA分子具有快速响应。本研究表明,浮栅型CNTs FET生物传感器阵列有望发展成为一种通用的生物传感平台,通过改变不同的生物探针分子可以实现对不同疾病标志物的选择性检测。基于碳纳米管的集成电路发展以及我们在此开发的生物传感器平台的最新进展表明,该平台有望与碳基集成电路相结合,从而实现高度集成和多路复用的碳基智能生物传感芯片,在未来医学诊断等领域具有巨大的应用潜能。