有关天然生物材料中结构与性质关系的研究不仅有助于揭示生物体通过微观结构来调控材料宏观性质的机理,并且对人造功能材料的合成具有重要的指导意义。另一方面,生物模板法合成微纳材料是将天然生物材料中的特殊结构引入人造材料的最直接和高效的方法,并降低了仿生微纳材料的合成难度。本论文工作主要集中于研究天然生物矿化组织中的特殊结构及其导致的材料性质和生物模板法合成人造功能性微纳材料。　　首次通过多种技术的配合详细表征了海蝴蝶超薄矿化外壳的微观结构,证明了其罕见的文石螺旋纳米纤维密堆积结构,并发现这些纳米纤维还具有不规则的L形或T形横截面,堆积到一起后构成具有互锁功能的镶嵌结构。另外,通过对外壳进行偏光显微镜观察和微区X射线衍射表征,发现外壳中的文石螺旋纤维具有非常好的晶体取向一致性。在纳米压印测试中,海蝴蝶外壳表现出各向异性的机械性质,推测该性质可能源于外壳的特殊螺旋结构、互锁结构以及良好的晶体取向一致性。该研究对人造超薄轻质工程材料的合成具有借鉴价值。　　利用细菌纤维素超细纳米纤维网络结构为模板,通过温和条件下的一步法反应得到Au纳米粒子一细菌纤维素复合纳米纤维,该复合纤维具有优越的生物相容性、机械强度和稳定性。同时还发现溶液的pH值和卤素离子对复合纤维的合成有较大影响,并依此提出了复合纤维的形成机理。另外该复合纤维担载过氧化物酶后可制成具有优异传感性能的H2O2电化学生物传感器。在进一步的研究中,该复合纳米纤维可用作模板合成Au-TiO2豆荚状纳米纤维。　　以具有多级有序孔道结构的海胆骨针为模板,经过SiO2结构复制、镁热反应还原两步后,得到了具有与天然骨针结构类似的单质硅骨针复制品,并且孔隙率相比天然骨针有了进一步提高。通过进一步复合碳后可得到Si-C复合的骨针复制品,该多孔结构在气体传感及电化学电极材料领域有潜在的应用价值。另外海胆骨针的有序多孔结构还可用于组装胶体晶体,获得具有三维贯通微米孔道结构的胶体晶体。