DNA是生命体的重要遗传信息物质,因此研究小分子与DNA相互作用将有助于人们从分子水平上了解生命现象的本质,在生命科学中具有重要的理论意义和潜在的应用价值。金属配合物具有丰富的结构和生物功能,已被应用于金属人工核酸酶、金属抗癌药物及潜在的基因载体研究等领域。在人工核酸酶研究中,选择性比切割效率更为重要,而目前金属核酸酶的设计还未真正达到定位切割的效果。把具有切割性能与DNA靶向性结合性能的基团连接起来,是实现DNA特异性切割的良好设计策略。在基因载体研究中,虽然病毒载体转染效率高,但存在毒性、生物免疫反应及致癌性等不足,因而其应用受到限制。金属配合物具有诱导DNA凝聚的潜力,带正电的多核金属配离子有可能诱导DNA发生可逆凝聚,成为一种新型基因载体,对基因治疗具有重要的意义。在金属抗癌药物研究中,临床应用的顺铂由于严重的毒副作用及固有或获得性抗药性,使用受到了极大限制,因此设计合成新型高效低毒铂类抗癌药物成为当前的研究热点。多核、多氨、与含硫分子反应惰性的铂类配合物,有望展现与顺铂不同的抗瘤谱,克服铂类药物耐药性的缺点,成为新一代抗肿瘤药物。本论文重点研究了铜-铂异核金属人工核酸酶、多核镍金属人工基因载体及新型铂类抗癌药物的设计合成。首先,设计合成了双功能配体N-(4-(甲氧基吡啶)苯-N,N-二(2-吡啶甲基)胺(L1)和N-(3-甲氧基吡啶)苯-N,N--(2-吡啶甲基)胺)(L2)及单核铜配合物(1、2)和铜-铂双功能配合物(3、4),用元素分析、电喷雾质谱、远红外、紫外可见光谱和核磁共振等方法表征了配合物的结构,用CD光谱、紫外可见光谱和荧光分析研究了配合物与DNA之间的作用,并用凝胶电泳研究了配合物切割DNA的性质。结果表明,在有氧条件下,以抗坏血酸(VC)为还原剂,当配合物浓度达到微摩尔级时即可氧化断裂pUC19质粒DNA。在DNA切割过程中,羟基自由基,过氧化氢和单线态氧等活性氧物种起着重要作用。铜-铂双功能配合物与单核铜配合物相比较,由于铂的引入配合物与DNA的作用能力增强,从而提高了配合物切割DNA的效率,其顺序为：1<2<3<4。其次,设计合成配体L3和四核镍配合物5,X-射线单晶衍射结果证明,配合物的阳离子部分带有6个正电荷；CD光谱和荧光光谱研究表明配合物与DNA作用能力较强；AFM扫描显示,配合物浓度为10μM时,自由DNA完全被诱导凝聚形成球状的DNA纳米颗粒；动态光散射结果表明凝聚颗粒的水合粒径分布在200 nm和1000 nm左右两个不同的区间。凝胶电泳实验和CD光谱证明加入EDTA可使凝聚的纳米颗粒解聚,随着r(r=[EDTA]/[complex])增大,DNA凝聚体解聚,恢复为自由的双螺旋状态。质谱检测说明DNA的解聚是由于带负电荷的EDTA通过螯合作用去除了镍阳离子,使凝聚的DNA恢复了自由状态。在抗坏血酸存在下,配合物无切割DNA活性；配合物浓度达到100μM时,肝癌细胞(HepG2),非小细胞肺癌细胞(A549),人脾肾癌细胞(293T),大鼠肾上腺嗜铬癌细胞(PC12),人乳腺癌细胞(MCF-7)的成活率都在64.5%,说明配合物的细胞毒性很小。以上性质说明,该配合物可作为潜在的基因载体。最后,设计合成了配体L4、L5和单功能双核铂配合物6、7。CD光谱和凝胶电泳研究表明,配合物导致DNA完全解旋,配合物和DNA的结合方式与顺铂不同。质谱跟踪结果显示,配合物与5’-GMP的反应速率较快,但与GSH形成加合物的速度较慢,形成加合物过程中,配合物的结构骨架没有变化,这有利于提高它们的生物利用度和减少副作用。细胞毒活性研究表明,配合物与顺铂有不同的抗癌谱,对顺铂敏感的卵巢癌细胞(COC1)和肝癌细胞(HpeG2)在所试浓度范围内细胞毒活性比顺铂低；对结肠癌细胞(Caco-2)和乳腺癌细胞(MCF-7),和顺铂比较,配合物6、7没有表现出高的毒活性。但是配合物6对肝癌细胞(BEL-7402)和淋巴癌细胞(Raji)显示出较高的毒活性,此配合物可以作为潜在的抗癌药物,在未来的临床肿瘤化疗中发挥作用。