guardar y leer objetos en archivos binarios

Hola, Víctor, bienvenido al foro. Te comendo que en el editor tienes las etiquetas GeSHi para colocar código. También veo mucha redundancia en tu código, como declarar nombreArchivo como Object y despues hacer cast a String, en lugar de declararlo String. Otra cosa innecesaria que haces es cerrar los streams cuando estás usando try - catch - resources, ya que ésta estructura cierra los flujos automáticamente, en tu caso de ObjectOutputStream y ObjectInputStream, ya que implementa a la interface AutoCloseable.

Es mucho mejor que crees un POJO que englobe las propiedades del Expediente y guardar éste objeto en el fichero. Si haces ésto, tus métodos quedarían así:

Código

private void btcGuardarActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) {                                           
	String nombreArchivo = archivo;
	try{
		ObjectOutputStream fileout = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(nombreArchivo));
		fileout.writeObject(expediente);
		JOptionPane.showMessageDialog(null, "Los datos del paciente se guardaron corecttamente...");
	}catch(IOException e){}
	desactivarTextFields();
	btcGuardar.setEnabled(false);
	btcNuevo.setEnabled(true);
	btcBuscar.setEnabled(false);
}

Código

private void btcBuscarActionPerformed(java.awt.event.ActionEvent evt) {                                    
        String nombreArchivo = archivo;
        try{
            try (ObjectInputStream filein = new ObjectInputStream(new FileInputStream((String) nombreArchivo))){
                Expediente expediente = null;
            while((expediente = filein.readObject() != null) {
				if (txtNroExpediente.getText().equals(expediente.getText())){
					String nroExpediente = expediente.getNroExpediente();
					String dni = expediente.getDni();
					String apellidos = expediente.getApellidos();
					String nombres = expediente.getNombres();
					String direccion = expediente.getDireccion();
					String telefono = expediente.getTelefono();
					Icon foto = (Icon) expediente.getFoto();
					txtNroExpediente.setText(nroExpediente);
					txtDni.setText(dni);
					txtApellidos.setText(apellidos);
					txtNombres.setText(nombres);
					txtDireccion.setText(direccion);
					txtTelefono.setText(telefono);
					lblFoto.setIcon(foto);
				}
            } catch (ClassNotFoundException ex) {
                Logger.getLogger(JDPacientes.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
            }
        }catch(IOException e){}   
    }
}

Saludos.