纳米材料具有量子效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,在催化、化学生物传感、生物医药、磁介质及新材料等方面有着广阔的应用前景。近年来,随着各种功能性纳米材料的合成、修饰和物理化学性质研究的不断深入以及各种生命分析技术的建立和发展,纳米材料在生物医学研究中的应用得到越来越多的关注。制备具有疾病诊断和治疗功能的复合纳米粒子,采用高灵敏、高分辨的光谱和成像分析技术,在单分子和单细胞水平上考察纳米探针及纳米药物与细胞的相互作用,是该领域当前研究的热点,也是本实验室的主要研究方向。为了在纳米尺度上开展活体细胞的光谱和成像研究,我们需要发展不同的纳米粒子探针和纳米材料。基于此,本论文从以下三个方面进行了一些初步探索:(1)金纳米棒的合成、表面化学修饰及其生物学应用作为金属纳米粒子中的典型代表,金纳米棒在近红外区有较强的吸收,且容易合成得到尺寸均匀的产物,这使它在医学上有着巨大的应用潜力。但是关于金纳米棒的生物毒性以及金纳米棒与肿瘤细胞相互作用的机理目前尚未得到很好的解决。在本章中我们进行了金纳米棒合成条件的优化,成功合成了所需波长范围的金纳米棒,利用巯基十一酸层层组装法制备了单分散的表面带有亲水性羧基的金纳米棒,并且完成了金纳米棒与表皮生长因子抗体的偶联,在体视显微镜下观察到结合了蛋白的金纳米棒可以进入细胞。本实验利用紫外吸收光谱、Zeta电位测试、透射电镜、光学显微镜这些表征手段证实了每步实验的可行性。所得数据证明该修饰方法可进一步用于金纳米棒的生物应用。(2)硅烷化对金纳米粒子组装的影响及其在免疫检测方面的应用硅烷化是纳米材料修饰和基底修饰中常用的修饰方法,金纳米粒子在硅烷化基底表面的组装在免疫传感方面有着广泛的应用,但是对于基底表面的硅烷化过程中的哪些因素如何影响表面组装的金纳米粒子的结构,尚没有系统性的研究。在本章中我们考察了硅烷化试剂的浓度、硅烷化过程中加入的水的体积以及不同的后处理方法(烘干时间和在水中浸泡的时间)对金纳米粒子组装的薄膜结构和光谱性质的影响,由此可以实现一定条件下金纳米粒子的可控组装;研究了所得的金纳米粒子薄膜在不同介质中的光谱变化,并以它们为免疫反应基底进行了蛋白质的免疫检测。(3)水溶性核掺杂量子点和普通半导体量子点发光特性的研究水溶性核掺杂量子点具有独特的优良的光学性质,与普通的半导体量子点相比无毒副作用,因而在生物应用方面有着巨大的应用前景。在本章中我们采用紫外光谱仪和荧光分光光度计考察了水溶性核掺杂量子点和普通半导体量子点浓度与荧光强度之间的关系以及在不同时间下、连续扫描下荧光强度的变化。根据实验结果可以初步推断,作为一种潜在的“绿色”生物纳米探针,水溶性核掺杂量子点的光学性质仍有待完善。