采用精准的修饰方法和成熟的制备技术，构筑多维度功能化纳米材料使其不仅具有高比表面积、特殊的光电性质等，同时也能够与特定结构的化合物进行高选择性作用，达到复杂的应用效果，是近期材料科学、分析化学、蛋白质组学、临床医学等领域的研究热点。该论文结合无机材料和高分子材料制备技术，研究制备了一系列特异性功能化纳米材料，并分别应用于癌症治疗及蛋白质组学研究，取得了较好的研究结果。其主要研究成果如下:　　1.远程可控纳米载体可提供高效、定时、定点的癌症治疗效果。本章采用介孔二氧化硅(mSiO2)层包裹还原氧化石墨烯纳米片(rNGO)，并在孔道外缘接枝温敏高分子刷聚N-异丙基丙烯酰胺(pNIPAM-co-pAAm)，成功制备了能响应近红外光(NIR)的纳米载体(rNGO@mSiO2@pNIPAM-co-pAAm)。在所制备的纳米载体中，rNGO与mSiO2协同装载抗癌药物分子阿霉素(Doxorubicin，DOX)，通过调控NIR照射，可有效控制DOX在磷酸盐缓冲液和HeLa细胞中的释放。在NIR照射下，rNGO将光转换成热量，使得其周围温度高于pNIPAM-co-pAAm的最低临界溶液温度(Lower Critical SolutionTemperature，LCST)，打开温敏高分子阀，促进DOX释放并结合过高热效应(hyperthermia)杀死癌细胞，达到了更好的癌症治疗效果。　　2.鉴于癌症发病机理及治疗过程的内在复杂性，具备单一药物运输功能的纳米载体通常不能满足相应的癌症治疗需求。本章通过超声剥离块状氮化碳(C3N4)，溶剂热法沉积磁性(Fe3O4)纳米颗粒，溶胶-凝胶自组装介孔二氧化硅(mSiO2)层，化学偶联法接枝靶向肽段(RGD)等过程制备了一种具备双重靶向（肽段靶向和磁性靶向）、单光子和双光子模式成像、pH值促发抗癌药物分子释放以及协同治疗模式（光动力治疗结合药物治疗）等多种性能的功能化纳米载体(Fe3O4-NS-C3N4@mSiO2-PEG-RGD)，并用于癌症治疗研究。该纳米载体通过双重靶向效应，可选择性聚集到癌细胞内部，在单光子和双光子成像模式下观察纳米载体的运输轨迹，以进一步采用可见光诱发的光动力治疗结合低pH值诱发的药物治疗协同高效杀死癌细胞。结果表明，所制备的功能纳米载体具有有效抑制A549和HeLa癌细胞的能力，为其在临床上的应用奠定了理论基础。　　3.本章运用原位碳源法成功制备出具有“蛋-壳”型结构的磁性介孔碳微球(yolk-shellFe3O4@mC，YSMMCS)。其比表面积达273.15 m2 g-1，孔容0.31 cm3 g-1，饱和磁化率为34.57 emug-1。核和外层壳层之间空腔部分和π-π堆积作用可使其对罗丹明B(RhodamineB)的吸附量高达191.64 mg g-1，显示出这种材料可作为药物载体的巨大潜能。由于该磁性介孔材料内在的疏水性和高比表面积，进一步将其应用于肽段的分离富集研究，可从5 nM牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin，BSA)胰蛋白酶解液中富集到51和29条非冗余肽段。同时结合其介孔结构和强磁响应率的特性，在高丰度蛋白干扰下选择性富集低丰度内源性肽段。以血清为样品，采用2.5 mg材料可一次富集出962条内源性肽段，充分显示了这种功能化材料在蛋白组学研究中的优异效果。　　4.蛋白质的糖基化参与了许多生物学和生理学变化过程，因此对其信息的归属研究显得尤为重要。本章在磁性石墨烯-硅基质(Fe3O4@GO@nSiO2)纳米颗粒上修饰聚酰胺-胺型树状高分子(PAMAM)，进一步通过金(Au)纳米颗粒的连接，将亲水成分巯基麦芽糖(SH-maltose)引入到该体系中，成功制备了一种新型亲水富集材料((Fe3O4@GO@nSiO2@PAMAM@Au-maltose)，并用于糖蛋白组学研究中。结果表明，由于该复合材料的多重结合效应使其对糖肽的亲和能力极大增加，对免疫球蛋白G(Immunoglobulin G，IgG)酶解液中糖肽的富集，检测限低达0.5 fmol。对辣根过氧化物酶(Horse Radish Peroxidase，HRP)酶解液中糖肽的有效富集，体现了该纳米复合物作为亲水糖肽富集材料的普适性。该纳米复合物也能够从50μg鼠肝酶解液中归属出760个糖蛋白和1255个糖基化位点信息，显示了其在糖蛋白组学研究中的适用性和可靠性。5.本章通过溶胶-凝胶自组装，溶剂热法辅助成晶，选择性行腐蚀等过程，成功制备了以磁性介孔锐钛型TiO2(Fe3O4@mTiO2)为核心，最外层为介孔二氧化硅(mSiO2)层的新型“蛋-壳”型纳米复合物(yolk-shell Fe3O4@mTiO2@mSiO2)。最外层mSiO2层充当尺寸依赖的分子阀，排阻大分子蛋白并选择性让小分子肽段通过。在中间空腔内部充分扩散之后，磷酸化肽能够被Fe3O4@mTiO2核心上大量亲和位点选择性抓取，实现大容量、选择性富集分离。所制备的纳米复合物对β-酪蛋白(β-casein)酶解液的检测限低达3fmol，并能在1000倍BSA酶解液或100倍α-casein干扰下选择性富集到磷酸化肽段。将其应用于人血清中内源性肽段高效选择性富集，也取得了良好的效果。