本论文的主要工作是研究了纳米材料在生物质谱以及生物分子富集技术中的应用，对将生物分析科学与纳米材料科学领域的结合进行了探索性的研究，具有一定的理论和现实意义。　　 生物质谱在最近的20多年间得到了迅猛的发展。由于其信号检测灵敏、速度快以及种类多样化的优点，生物质谱已经成为生物分析领域中最前沿研究如蛋白组学研究的支撑技术。其中，以基质辅助激光解吸(MALDI)为离子化方法、以飞行时间(TOF)为质量分析器的生物质谱，具有良好的质量精度、分辨率和灵敏度，且操作简便，常常被用于分子量大于500 Da的肽段测定和通过肽质量指纹谱(PMF)进行蛋白鉴定。另一方面，实际的生物分析样品大多是组成复杂的混合物，在进行生物质谱测定之前需要进行分离、富集等处理。目前，随着低丰度的后修饰蛋白的深入研究和以小分子为对象的代谢组学的兴起，进一步发展生物质谱技术对于小分子样品的分析以及低丰度蛋白质/多肽的富集技术显得尤为重要。纳米技术在生命科学领域中的应用是近年来乃至未来若干年内的研究热点之一。因此，结合纳米材料技术，建立并发展新的生物质谱分析技术和方法具有重要的意义。基于以上指导思想，本论文主要进行了以下四部分工作：　　 第一部分固定化碳纳米管作为生物质谱基质的研究　　 首先发展了碳纳米管基质简便的固定化方法，克服了碳纳米管基质易从金属靶上飞溅的缺陷，使碳纳米管在MALDI质谱分析中作为基质可以得到广泛的应用。筛选出一种聚氨酯胶粘剂，NIPPOLAN-DC-205，将其成功的应用于碳纳米管颗粒在金属靶上的固定。碳纳米管作为有效基质的一些特性在固定化后仍然保持，如利于激光解吸离子化的强紫外吸收能力以及形成使分析物高度分散的网络结构。此方法使碳纳米管作为基质在小分子化合物MALDI-TOF质谱分析中的应用性大大提高。NTPPOLAN-DC-205的存在，不仅可以提高特定一点分析物存在的时间、节约寻找“热点”的时间并利于实现一些需要信号维持较长时间的实验如源后裂解实验(PSD)，而且，NIPPOLAN-DC-205不产生干扰峰，并用丙酮可以很容易的对其清洗。由于碳纳米管固定后不易被吹走，所以可以采用如电喷雾点样等可以提高信号重现性的点样方法。我们通过比较分别利用固定化和未固定化的碳纳米管作为基质的分析结果说明了此方法的可行性和优势。而且，利用固定化的碳纳米管基质还实现了对那些一般方法很难离子化的中性寡糖的直接高效的MALDI-TOF质谱分析。同时，此方法还成功的应用于尿糖的检测。　　 第二部分氧化碳纳米管作为生物质谱基质的研究　　 合成了氧化碳纳米管，在水中可形成稳定均一的悬浮液，接近溶液态，并用其作为MALDI质谱基质用于生物分子的分析。利用红外分析、投射扫描电镜和粒度测试对修饰后的碳纳米管结构和性质进行了表征和分析。实验结果显示氧化后碳纳米管的物理结构没有改变，但纳米管壁上产生了羧基，而且合成碳纳米管时产生的杂质如无定性碳等也在氧化过程中被除去，而这些杂质的存在却是离子源污染的主要因素之一。氧化后碳管表面引入的羧基不仅可提供质子源，而且可提高碳纳米管的表面极性及碳纳米管的溶解性，从而易于操作，对一些生物样品的MALDI分析很有利，特别是较大的多肽和蛋白质。氧化碳纳米管成功的应用于一些中性小分子糖、多肽和胰岛素的分析，有望成为生物分子的MALDI-MS分析的一种有效基质。　　 第三部分碳纳米管2，5—二羟基苯甲酰肼衍生物作为pH可调节的富集试剂及基质对微量肽分析的研究　　 笔者设计并合成了碳纳米管2，5—二羟基苯甲酰肼衍生物，详细考察了其同时作为一种pH可调节的富集试剂和MALDI-TOF质谱的基质用于微量多肽的分析的情况。衍生化试剂2，5—二羟基苯甲酰肼在碳纳米管表面引入了酚羟基和苯基基团。酚羟基基团的引入可以使颗粒表面电荷变得可调，同时还能为离子化提供质子源：而苯基具有紫外吸收能力，从而利于提高激光解吸离子化过程。此碳纳米管衍生物在碱性条件(pH10.5)下缠绕度下降，吸附比表面积提高。然而在酸性条件下(pH5)则会沉降下来。因此，当悬浮液的pH值调节到碱性时此衍生化的碳纳米管颗粒具有较好的吸附性；而当pH值调节到酸性时，纳米颗粒则会沉降到瓶底，这样当纳米颗粒吸附了目标分析物后就可以通过这种方法快速的将其从样品溶液中分离出来，为我们提供了一种新型而方便的快速分离方法。衍生化碳纳米管富集后，多肽分析的检测限可以比只用常规的有机基质(CHCA)分析降低10至100倍。所以通过简单的调节碳纳米管衍生物悬浮液的pH值就可以实现对微量多肽的高效吸附和富集。　　 第四部分天然纳米材料膨润土用于磷酸化肽的高效选择性富集的MALDI-TOF质谱研究　　 首次提出用天然纳米材料膨润土直接用于选择性的高效富集磷酸化肽的方法。由于天然纳米材料膨润土能克服人造纳米材料易成团、难分散、不稳定等缺陷，具有良好的生物相容性和高的比表面性等性质，具有比人造纳米材料更为优良的独特性能。本部分膨润土被用于磷酸化肽的选择性富集，并利用MALDI-TOF MS进行检测。由于膨润土的组成成份Al2O3和磷酸根基团能产生较强的结合，因而使得磷酸化肽在膨润土上得到了选择性的高效富集，发现了其比以往所报道材料更为优秀的富集能力，具体表现为它对复杂蛋白酶解肽液中的磷酸化肽段，尤其是对具有较多负电荷的多位点磷酸化肽段也能高选择性且高效率地实现富集检出。由于膨润土便宜易得、无需制备并且无毒等特点，使此方法有望用于磷酸化蛋白质组学的研究中。