近年来,慢性病患病率突增,在侵蚀人类健康的同时影响人们的生活品质。现有的临床检测技术成本高昂耗时较长,无法实现对慢性疾病诊断指标的低成本快速检测。石墨烯场效应管(Graphene Field Effect Transistor,GFET)生物分子传感器具有高灵敏度响应快速的优点,在疾病预防与诊断中有广泛的应用前景。本文基于现阶段研究的GFET生物传感器,对差分式GFET生物分子传感器进行研究,设计差分式GFET传感器用于生物分子的便携检测。本文分析GFET的电学特性与传感原理,确定传感检测范围,建立差分式GFET传感器响应信号的数学模型,建立GFET输出与目标分子浓度之间的定量关系。设计差分式GFET结构,采用检测通道与基准通道的双通道结构,在检测通道功能化修饰目标分子探针,用于识别掺杂干扰的微弱检测信号。基准通道不做修饰,用于识别干扰信号。引入补偿差分的方法,得到与目标分子浓度有关的检测信号,从而降低外界干扰。采用微纳米加工技术,通过转移、光刻、镀金和氧离子刻蚀等操作进行差分传感器的加工。同时设计低噪声差分式放大电路,用于采集差分式GFET传感器输出的微弱电流信号,并进行差分放大等数学处理。将前端差分式GFET传感器与后端低噪声放大电路封装连接,制作差分式GFET便携式检测设备。本文以核酸适配体GFET传感器和硼酸GFET传感器为亲和型GFET传感器和代谢型GFET传感器的典型代表,分别对磷酸盐溶液(pH7.4)中的生物分子—干扰素-γ和葡萄糖,采用差分式GFET传感器便携设备,在温度为25~27℃的洁净间中进行检测。采用拉曼光谱法、AFM检测法和电学检测法,对PASE、核酸适配体以及PBA功能化修饰前后的石墨烯进行表征实验。通过人为改变磷酸盐溶液的pH值及离子浓度,验证传感器抵抗外界干扰的能力。将干扰素-γ和葡萄糖的检测数据归一化处理,采用差分式GFET传感器响应信号数学模型进行拟合,推导传感器的输出关系式,并对传感器的性能进行验证。