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纳米技术是一种出现在物理、化学和生物交叉边缘的技术,其出现使得从原子、分子和超分子水平上制备材料成为可能。通过控制分子和原子水平上的结构,制备出来的纳米材料具有不同于常规材料的特殊性能。本论文旨在通过不同的纳米技术制备具有新型结构的纳米材料,并结合所制备纳米材料的特点将其应用于不同研究领域。主要研究了两种不同纳米材料:电纺丝纳米纤维以及半导体纳米颗粒,并分别研究了它们在再生医学和光催化领域中的应用,主要内容包括以下几点:1.多功能电纺丝纤维的制备及其在再生医学方面的应用电纺丝技术是一种简单的、自上而下的、通过外加高压电场来制备纳米纤维的技术。由于其制备出来的纳米材料具有大的比表面积、多孔性、以及可控的力学性质等优点,被广泛用于组织工程、药物释放以及传感器等方面。这一部分我们的研究目的在于发展具有不同结构和功能的电纺丝纤维,并将所制备出来的材料应用于再生医学之中。（1）首次制备出具有层状、超级多孔结构的一维电纺丝纤维。通过研究纤维的结晶度,表面化学性质以及润湿性等性质,我们认为这种新型结构一维纳米材料的形成是由于二元组分聚己内酯（PCL）和聚环氧乙烷（PEO）之间热动力学不混溶性,导致两种组分在电纺丝过程中发生相分离而引起的。此外,溶剂和不良溶剂之间的比例、以及电纺丝过程中的各种参数也对纤维特殊形貌的形成起着关键作用。通过简单地调节聚合物PCL和PEO之间的比例,可以得到不同形貌的纤维。我们选择了其中三种具有典型形貌的纤维:表面光滑的纤维、多孔纤维、层状多孔纤维,并研究了这三种纤维的生物相容性。通过观察巨噬细胞在三种纤维上的生长以及测量与炎症反应有关基因的mRNA水平,证明这三种材料都具有生物相容性,可以被作为支架材料应用于再生医学中。（2）基于以上的研究结果,进一步将上述三种具有明显形貌差异的纤维作为再生医学支架材料,研究了不同形貌对细胞生长行为的影响,结果发现:相对于表面光滑、紧密堆积的纤维,成纤维细胞在两种多孔结构纤维上的生长速率显著提高。同时,由于多孔纤维自身的弯曲,在纤维与纤维之间形成大孔结构。这些大孔结构促进了细胞向支架内部的生长,有利于细胞复制并代替所用支架材料。另一方面,多孔纤维的表面二级结构和自身的弯曲度影响了细胞形态和细胞肌动蛋白的分布。该研究为再生医学提供了新型支架材料,解决了细胞在电纺丝材料上向支架内部渗透生长的限制;并首次将表面形貌集中到三维电纺丝支架材料中。（3）利用共轴电纺丝技术制备出具有空心结构的纤维材料,并将生长因子（FGF）以及抗炎症药物（地塞米松）成功地包载到纤维内部。其中,包载的FGF呈现出缓释过程。体外细胞培养实验表明:纤维中FGF的释放明显地提高了成纤维细胞的活性和增殖速率。而纤维中的地塞米松呈现出两步释放曲线:在最初的0.5小时内,34%的药物被突释;接下来观察的12天内,药物释放转变为缓释。体外细胞培养实验表明:释放的地塞米松显著地抑制被引入炎症反应的巨噬细胞的增殖,同时极大地降低促炎性细胞因子细胞坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素1β（1L-1β）的mRNA水平。因此通过共轴电纺丝技术制备出来的空心结构纤维可以被应用为药物运载系统,进行局部和长期的释药。（4）由于聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）在低于低临界溶液温度（LCST=32℃）的时候呈亲水性,因此不能在液体中稳定存在。通过将多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）和PNIPAM共纺,然后进行热交联反应,可以得到在液体中稳定存在的PNIPAM-POSS纳米纤维。该纤维在不同温度下展现出快速、可逆的体积相变跃迁。结合该纤维的热响应性质及其和细胞外基质相似的结构特征,该材料被用于可控药物和细胞释放。结果表明,当液体温度高于LCST时,纤维体积的收缩加速了抗癌药物-阿霉素（DOX）的释放,释放出来的DOX依然保持着抗癌活性。此外,可以利用该纤维包载小鼠成纤维细胞,并根据外界温度的变化实现按需释放细胞。最后,将载有DOX的多孔硅包载的金纳米棒（Au@Si02-DOX）通过共纺负载到纤维中,发现该金纳米棒在近红外光作用下会生热,使纤维体积发生改变,因此可以实现通过近红外光刺激进行可控药物和细胞释放。2.金属和非金属元素共掺杂二氧化钛半导体的制备及其在光催化领域中的应用随着环境污染问题的加重,如何有效地解决和治理环境问题引起人们的广泛关注。利用太阳光通过半导体催化剂进行光催化降解污染物成为其中一种最有效的途径。这一部分研究主要集中在通过金属和非金属元素掺杂TiO2半导体,使其可以在可见光下高效地降解有机污染物。此部分主要研究内容为:通过水热法将金属元素钼（Mo）和非金属元素碳（C）掺杂到半导体TiO2中。相对于未掺杂、碳掺杂、以及钼掺杂的TiO2,碳和钼共掺杂的TiO2在可见光下具有更好的光催化降解染料罗丹明B和气体丙酮的能力。共掺杂TiO2光催化性能的提高是由于C和Mo的协同作用所引起的,其中碳以含碳物种的形式存在于TiO2表面,而钼则在半导体中形成掺杂能级。碳和钼的共掺杂增加了半导体对可见光的吸收,同时加速光生电子和空穴的分离。该研究为金属和非金属共掺杂TiO2光催化性能的提高提供了可靠的理论解释。