富勒烯C60由于其独特的理化性质,在物理化学材料等领域得到了广泛的应用。但由于其超强的疏水性,在水溶液中容易聚集,阻碍了C60在生物学领域的应用研究。目前常常采用超声,表面修饰亲水性官能团,载体封装和两亲性多聚物来增加C60在水溶液中的分散性。这些方法虽然一定程度上解决了C60的水溶性问题,但是目前还没有实现C60的单分散性,并且这些方法有可能会引起生物毒性问题,因此亟需新的方法来解决该问题。基于生物大分子蛋白质具有良好的生物相容性且为两亲性分子,并且可以和C60特异性结合,因此蛋白质是作为新型“分散剂”提高C60在水中的溶解度的理想候选物。本论文提出利用溶菌酶分散C60的策略,制备了兼具溶菌酶特性和C60特性,甚至新特性的溶菌酶-C60复合材料(后文统称为Lys@C60),并进一步探索了其在生物学领域的应用,主要的研究内容和实验结果如下:（1）Lys@C60的制备表征与相互作用研究:通过超声和离心处理,利用溶菌酶在水溶液中实现了C60的单分散性。相互作用研究表明,溶菌酶和C60在水溶液可以自发形成Lys@C60基态复合物,并且通过弱的π-π相互作用和氢键来稳定其结构。热力学研究表明,温度可以调控C60和溶菌酶的结合和解离,因此溶菌酶不仅可以作为C60的促溶剂,也可能作为C60的载体,实现C60体内的递送与运输。（2）Lys@C60作为抗氧化剂的抗氧化性能研究:由于其优异的活性氧自由基（ROS）清除能力,C60被誉为“自由基海绵”。Lys@C60作为抗氧化剂的抗氧化性能结果表明,Lys@C60具有良好的生物相容性,可以高效清除超氧阴离子自由基和羟基自由基,并且可以保护细胞免受H2O2诱导的氧化应激损伤。机理研究表明,Lys@C60可以通过细胞内在化,直接清除细胞内ROS,降低细胞内ROS水平,激活细胞的抗氧化应激信号通路,抑制细胞的凋亡信号通路,防止细胞凋亡。（3）Lys@C60作为光敏剂的光动力学灭菌性能研究:C60不但具有清除ROS的能力,同时在可见光的照射下,其可以产生ROS,因此其可以作为光敏剂用于光动力学疗法。同时溶菌酶自身具有优异的抗菌性能。Lys@C60的光动力学抗菌性能研究结果表明,Lys@C60兼具溶菌酶自身的杀菌功效和C60的光动力学杀菌功效,该双重杀菌机理可以避免细菌对Lys@C60可能产生耐药性的潜在风险。机理研究表明,Lys@C60表面所带的正电荷有利于其与细菌结合,通过产生单线态氧发挥光动力学抗菌性能。（4）Lys@C60的聚集发光性能研究:基于Lys@C60溶液在可见光的激发下没有荧光发射现象。而Lys@C60晶体在不同可见光的激发下具有明显的光致发光现象。因此,Lys@C60符合聚集发光的特性。荧光显微镜可视化观察,不同浓度Lys@C60溶液的光致发光谱图和不同Na Cl浓度诱导的Lys@C60聚集的光致发光谱图结果表明Lys@C60的确具有聚集发光特性。以溶菌酶晶体为聚集模型的机理研究结果表明,Lys@C60聚集体中分子的内运动较少,分子间和分子内相互作用增强,以及形成的强大氢键网络大大稳定了分子结构,因此其聚集发光性能增强。基于聚集发光效应,Lys@C60可以作为“荧光染料”用于细胞成像。（5）Lys@C60晶体的导电性能和铁电性能研究:通过导电基底原位生长Lys@C60晶体技术,以及Lys@C60晶体的交联技术,解决了蛋白质晶体电学性能测试过程中电极制备困难和晶体结构不稳定难题。原子力显微镜的导电性能和铁电性能测试结果表明,C60的掺杂可以有效的提高溶菌酶晶体的导电性能和铁电性能。Lys@C60晶体的导电性能的增加是由于C60在溶菌酶晶体内的有序排列,相当于其p型掺杂,形成一定的空穴和电子对,在电场的作用下,载流子的移动形成电流。Lys@C60晶体的铁电性能的增加是由于C60的掺杂在一定程度上降低了溶菌酶晶体的对称性,赋予了Lys@C60晶体的铁电性能。总之,本论文提供了利用蛋白质分散难溶于水的纳米功能基元的通用策略来探索功能纳米基元在生物学领域的应用研究。该策略充分利用了蛋白质优异的生物相容性,自组装等特性,加上功能基元独特特性的加成,制备的新型复合材料具有增强的特性甚至性的特性,是一种新颖的制备生物基“超材料”的通用方法,最重要的蛋白质的环境友好性,可再生性,为功能材料的绿色合成开辟了新的路径。在材料学领域,特别是生物材料领域具有广阔的应用前景。