本发明公开了一种接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球及其制备方法与应用，该接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球由纳米级Fe3O4磁球，包覆于Fe3O4磁球表面的聚多巴胺高分子中间层以及接枝于聚多巴胺高分子中间层上的精氨酸聚合物刷构成；精氨酸聚合物刷由聚合引入至聚多巴胺高分子中间层上的PAMA聚合物刷和接枝于PAMA聚合物刷上的精氨酸组成。本发明提供的接枝精氨酸聚合物刷的磁性纳米球，以Fe3O4磁球作为内核，具有很好的磁响应性能；在Fe3O4磁球表面依次引入厚度可控的聚多巴胺高分子中间层和接枝有精氨酸的PAMA聚合物刷，磁性纳米球粒径均匀且分布较窄，对外加磁场能很好地响应，从而有利于磷酸化多肽的富集和分离，在研究生理行为蛋白磷酸化过程中具有十分重要的意义。