在自然界中不乏存在着大量天然形成的功能多样的多孔结构,有些多孔结构在维持生命体中稳定且快速的生化过程起到了重要的作用。在人类没有掌握生产多孔结构的技术之前,往往会利用自然界中现有的多孔材料以满足生产生活中的需求。例如活性炭,海绵以及硅藻的外壳等。随着人类进入信息时代,人类对微电子器件的加工进入了纳米尺度。在这个过程中发展出了一套使用光刻技术制造微观结构的方法。利用这种现已成熟的技术,再结合电化学腐蚀精巧的设计,我们获得一种形状规则的盘状多孔硅(DPS)纳米材料。其具有形貌均一、孔隙可控、良好的生物相容性以及较高的比表面积等优良性质。因此这种多孔材料对分子或粒子的吸附能力与装载能力十分显著。本论文正是利用该材料的优势,使用生物化学、纳米技术、界面化学等多学科交叉,将金纳米粒子(AuNP)装载入盘状多孔硅(DPS)中,并探讨了金纳米粒子在表面与孔道内原位还原的最佳条件。得到了一种全新的三维纳米结构。并依据该材料的特点分别设计实验验证其在癌症治疗、分子检测、以及模拟酶方面所展现出的性能并加以科学的探讨。该材料具有潜在的实际应用价值,并在此研究中为功能性纳米材料的深入应用进行了有益的探索。本篇论文主要有以下内容:(1)以地球上广泛存在硅元素作为多孔结构载体的基础材料,使用光刻技术和电化学腐蚀技术对硅晶圆进行加工。通过光刻技术控制DPS的规则形貌,通过电化学腐蚀控制DPS上均匀密布的孔洞内径。最后通过超声破碎分离层,将制成的DPS从硅晶元上分离并收集。使用SEM、BET、消光光谱等表征方法,确定盘状多孔硅材料符合预期的性质。在实验中发现DPS上形成的孔道大小与电化学腐蚀时的电流强度呈正相关,可控制形成几纳米到几百纳米不等的纳米孔道。因此可以调整DPS的孔隙率以适应其作为载具的具体需求。此外,由于硅的性质所决定,其材料本身具有一定的还原性。并且在适当处理方式下,DPS表面可被纳米粒子以及功能性分子所修饰。这为之后体现该复合材料的多功能性提供了实现途径。(2)利用材料本身的还原性。包括在DPS孔洞结构内部以及外周表面的固液界面上可以发生原位还原反应,实现了金纳米粒子均匀的锚定沉积。调控DPS与四氯金酸之间的摩尔比例,控制纳米粒子成核反应与生长反应的相对强度,在适当的条件下可以形成粒径均匀,排布密集的矩阵。这样密集排布的金纳米粒子会强烈影响其等离子共振的特征。通过比较复合粒子与单分散的同粒径大小的AuNP的吸收光谱,可见其吸收峰位明显的红移,可以从525 nm一直移动到800 nm附近。通过这样的方式我们获得了一种可转换光能为热能的三维纳米结构。实验中探讨了反应物浓度,稳定剂,温度以及反应时间对金纳米粒子沉积行为的影响,从而优化反应环境达到理想的效果。此外,我们还尝试选用其他的金属盐溶液与DPS反应,沉积不同类型金属纳米粒子。Pt与Ag是纳米材料中经常用到的金属。在沉积到DPS后,在催化和拉曼光谱检测等方面均具有潜在的应用价值。(3)在SEM与BET表征后发现Au-DPS的孔洞中依然还留存有巨大的空间可以装载其他物质,这就为实现光热治疗与化学治疗的联合杀灭癌细胞提供了结构上的支持。Au-DPS拥有良好的光热性能,可在其低浓度的悬浮液体系中,15min内将溶液局部从室温加热到50.1℃。pDox是通过pH敏感的连接子将Dox与聚(1-谷氨酸)的谷氨酸侧链共价结合而合成的。在加载入Au-DPS中后,实现了其光热可控释放。进一步通过体外细胞实验验证,光热与化疗药物的联合作用对杀灭癌细胞起到了非常显著的效果。除此之外,Au-DPS对光能量的吸收也会对其吸附的小分子解吸有一定的促进作用。使用6种标准小肽的基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱检测。在无基质CHCA辅助条件下,使用复合颗粒成功检测到P14R,AngiotensinⅡ和ACTH 18-39。实验结果显示,而金属纳米粒子沉积程度越大,光热效应越显著。对分子的光解吸会有促进作用。但同时纳米孔洞中的空间就会越少,难以吸附大分子量的目标分子。对AngiotensinⅡ标准肽的检测,三种颗粒显示出比常用有机基质更低的检测限。最后,使用该平台进行了谷胱甘肽模拟酶的研究,通过EDC/NHS修饰法,将具有GPx活性中心的硒代半胱氨酸(Sec)修饰到Au-DPS表面。活性中心的Se与底物GSH和过氧化物的亲和能力特异性的加快了反应的进行。之后,并对其进行了催化活性和反应动力学相关的研究。这种多级结构的纳米酶体系为模拟酶的发展提供了新的设计思路。综上所述,本论文遵循纳米材料性质的基本规律,以合成的盘状多孔硅作为骨架,制备分布均一的金纳米粒子三维结构,并实现了光热药物联合杀灭肿瘤细胞的构想。通过光热促解吸提高了分子肽的质谱检测灵敏度。构建了一种具有类谷胱甘肽过氧化物酶催化活性的纳米酶体系,并探讨了其性质和反应机制。因此可以看出DPS是一种多功能性的纳米材料,具有广阔的应用前景。