近年来，生物纳米层状复合物已经受到了多个学科领域研究者的广泛关注。它是由生物分子与层状固体在纳米尺度通过静电吸引、氢键、离子-偶极作用、配位作用等分子间弱相互作用结合而形成的。尤其是形成生物分子嵌入层状固体层间这种结构的纳米复合物往往能显示出纯粹的单组分所不具备的独特性能。并且，外层固体在一定程度上能够起到保护生物分子的作用，减少温度、酸碱度、溶剂极性等因素的改变对其活性的影响，以及各种生物降解酶对其的分解破坏。因而，在基因传输及基因疗法、药物传输及控制释放、生物仿生工程、生物传感器构建等领域具有潜在的应用前景。　　 本论文通过将多种生物组分共插入层状固体的方法制备了几种具有多元杂化结构的生物纳米层状复合材料，并研究了它们在DNA控制释放体系及生物酶传感器中的相关性能。具体研究内容如下：　　 一、以壳聚糖(chitosan)阳离子作为电荷媒介体，控制介质pH5.5，实现了带负电荷的DNA插入主体结构同样为负电荷性质的α-磷酸锆(α-ZrP)层间，合成制备了一种DNA/Chitosan/α-ZrP三元杂化材料。红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜、圆二色谱及紫外光谱等表征结果证实了DNA、chitosan及α-ZrP三者之间的相互结合，以及所得三元复合物所具有的特征层状结构，层间距为4.25纳米。由于α-ZrP主体层板的限制作用，插入其中DNA的双螺旋构型热稳定性得以改善，其变性温度明显升高。DNA/Chitosan/α-ZrP三元复合物中DNA释放行为的研究结果表明，当调节介质pH至6.5以上时，所插入的DNA能够可逆地释放出来，并且，其释放行为具有明显的pH依赖性，释放量随pH的升高而增大。且释放后的DNA呈现与游离状态DNA相似的CD光谱，表明虽然经历了插入组装及重新释放两个过程，但DNA的特征双螺旋结构并未发生明显变化。这些研究结果表明，利用正电荷物种的协同作用，可以实现带负电荷的DNA插入到主体层板同样为负电荷性质的各种层状无机固体之中。此外，这种DNA/Chitosan/α-ZrP三元复合物所具有的改善的热稳定性及化学稳定性，pH诱导的DNA可控插入及释放行为等特征，显示了将其应用于非病毒性基因传输体系的潜在可能。　　 二、控制介质pH5.5，采用剥离/重组技术，将带负电荷的DNA与带正电荷的血红蛋白(Hb)共同插入到α-ZrP主体层板之间，制备了DNA/Hb/α-ZrP三元纳米复合物，并利用该体系构建了一种新型的非媒介体生物电化学传感器。红外光谱、紫外光谱及圆二色谱结果表明，DNA、Hb、α-ZrP三者之间的静电相互作用导致DNA/Hb/α-ZrP三元复合物的形成，并且，复合物中Hb的蛋白构型能够相当程度地保持。X-射线粉末衍射、扫描电子显微镜表征结果显示，重组形成的DNA/Hb/α-ZrP三元复合物具有层状结构的典型特征。该复合物在玻炭电极上的电化学性能研究结果表明，共插入的DNA客体促进了Hb在玻炭电极上的直接电子传递。而且，由于α-ZrP主体与共插入的DNA客体的协同效应，这一复合物修饰的电极对H2O2具有良好的电催化响应，线性范围为7.28×10-7～9.71×10-5M，灵敏度为0.79 AM-1cm-2，检测下限为4.28×10-7 M。此外，该复合物中结合的Hb，其生物活性以及对H2O2的电催化响应，即便在85℃的高温下或有机溶剂乙腈的存在下都能保持，这一特点主要是来源于纳米片层结构α-ZrP的保护作用。这些研究结果显示了将多种生物组分共插入层状固体之中在高性能第三代生物电化学传感器构建领域所具有的独特优势。　　 三、控制介质pH9.0，采用剥离/重组技术，将带负电荷的Hb与DNA共同插入到带正电荷的Ni-Al层状双金属氢氧化物(Ni-Al LDH)主体层板之间，构建了一种新型的Hb/DNA/LDH三元复合物。红外、紫外、X-射线粉末衍射、高分辨透射电镜、及扫描电镜等多种表征结果表明，Hb、DNA及LDH纳米层片通过静电相互作用组装形成了Hb/DNA/LDH三元复合物，该复合物具有特征的层状结构，层间距为4.0纳米。将Hb/DNA/LDH复合物薄膜固定在玻炭电极表面构成Hb酶传感器，我们研究了其电化学性能。由于LDH主体与共插入DNA客体的协同效应，这一复合物修饰的电极展现了Hb的直接快速电子传输，速率常数Ks为6.95±3.31 s-1。并且，该复合物电极还具有对O2、H2O2及NO2-的灵敏电化学催化响应，其中，对H2O2及NO2-的检测线性范围分别为4.85×10-7～1.94×10-4 M和2.5x10-7～-3.0×10-5M。由于纳米片层结构LDH的保护作用，结合于复合物中Hb的生物活性以及对H2O2的电催化响应，即便在85℃的高温下或有机溶剂乙腈的存在下都能保持。　　 四、采用凝胶回流的方法，以氧氯化锆及2-氨乙氧基二氢磷酸盐为原料，合成了一种具有层状结构特征的膦酸锆(ZrRP)化合物。由于层板主体上氨基乙氧基的引入，使得这一层状化合物的主体层板在质子化条件下具有正电荷的性质，这一点与其它大量报道的主体结构为负电荷性质的层状磷(膦)酸锆显著不同。以该合成ZrRP为前驱物，控制介质pH5.0，采用剥离/重组技术，我们实现了DNA在其层间的直接插入，构建了二元杂化的DNA/ZrRP复合物，这种将DNA直接插入层状磷(膦)酸锆的研究结果，尚属首次出现。此外，剥离状态的ZrRP纳米层片与DNA的结合与解离具有可逆性，呈现明显的pH依赖性。基于这一特点，我们还研究了DNA/ZrRP复合物中DNA受不同pH诱导的可逆释放行为，其释放量随pH的增大而增加。虽然经历了插入组装及解离释放的可逆过程，但DNA的双螺旋构型仍然保持完好。由此看来，DNA/ZrRP复合物的这些特征显示了这一合成的层状ZrRP具有用作非病毒性基因载体的潜在前景。