近年来,寡肽自组装纳米材料由于其新兴特性备受关注。寡肽通过自组装可形成如纳米球、纳米纤维、纳米管等软物质材料,广泛应用于细胞培养,生物模板,光学,药物输送,生物催化,癌症治疗和抗生素等生物医学和生物技术领域。本论文设计和制备了一系列功能性寡肽,系统地研究了其自组装机理以及在生物医学中的应用。论文第一章基于该领域的广泛研究,总结了寡肽自组装以及其生物医学应用的最新进展。首先从寡肽分子的结构和性质出发,阐述了几种典型的两亲性寡肽。为了深层次探究寡肽自组装体的组装机理,对组装体的二级构象进行介绍。最后总结了寡肽自组装体在生物医学中的应用。第二章中,成功制备了一种用于癌细胞靶向成像的新型寡肽荧光纳米探针。我们从小分子氨基酸出发,设计并制备了色氨酸-苯丙氨酸-苯丙氨酸-色氨酸（WFFW）四肽,其可以产生稳定和可调制的340 nm至500 nm的荧光发射信号。WFFW四肽通过自组装可形成纳米球形粒子,从而增强了荧光强度。在π-π堆积和氢键相互作用的驱动下,WFFW与精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）修饰的WFFW共同组装形成靶向癌症的荧光纳米探针,其可以选择性地成像癌细胞。第三章中,成功制备了有序的两亲性寡肽纳米纤维流体作为基质用于生物分子的结构分析。我们设计并合成了两亲性寡肽C₁₆-AAAAAKK-CONH₂（OPA1）,其在水中可自组装获得有序排列的纳米纤维流体。小角度X射线散射（SAXS）表明纳米纤维束是由平均直径为⁶.6 nm的纤维聚集而成。通过扫描电子显微镜（SEM）和SAXS测试表明纳米纤维的有序性可以通过热诱导立即增强。在²H NMR光谱中,10 wt%OPA1加热后其残余四极耦合（RQC）值可达到52 Hz,这进一步揭示了热诱导可增强纳米纤维流体的有序排列。由于具有良好的有序排列和流动性,自组装流体实现了脯氨酸和棉籽糖的残余偶极耦合（RDCs）的精确采集。在脯氨酸模型中,通过线性拟合获得较低的Q值为0.057。因此,通过测量有序纳米纤维流体基质中生物分子的RDCs,为生物分子的结构解析显示出巨大潜力。上一章中,OPA1是通过在水中自组装成有序的纳米纤维流体并作为基质用于生物分子的结构分析,但是许多生物分子只能在有机溶剂中完全溶解。因此在此基础上,第四章成功制备了一种两亲性寡肽在DMSO中自组装成新型溶致液晶并作为基质用于生物分子结构的分析。我们设计并合成了一种新型柔性寡肽C₁₆-AAAAAKEE-CONH₂（OPA2）,通过在DMSO中自组装可形成溶致液晶,并由于氢键和范德华相互作用可产生有序的纳米线基质。SAXS表明纳米纤维束是由平均直径为⁶.2 nm的纤维聚集而成。由于寡肽溶致液晶具有良好的流动性和各向异性,在NMR中可以作为基质来测量雌酮（Estrone）,青蒿素（Artemisinin）,10-羟基喜树碱（10-Hydroxycamptothecine）的RDCs,可用于分析基于DMSO-d6的生物分子的结构。