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随着纳米科技的不断进步,各种新型纳米材料不断涌现,材料的性能也得到了拓展和提高。其中,多功能纳米复合材料能够集多种功能于一身,在纳米科技的诸多领域,如生物医学和生物工艺学等方面都表现出广阔的应用前景。本文分别采用纳米Fe304、碳点和天然凹凸棒石黏土这三种典型的纳米材料,从纳米表面化学的角度出发,组装多功能纳米复合材料,并探索其在生物学领域的应用。(1)首先以FeCl3为原料,利用溶剂热还原法合成了大小在100nm左右的磁性Fe304纳米粒子；随后利用溶胶-凝胶法得到核壳结构的Fe3O4@SiO2复合纳米粒子；接着在Fe3O4@SiO2复合纳米粒子表面共价接枝稀土铕荧光配合物,最后在材料外层利用氢键作用包覆水溶性的聚乙烯亚胺(PEI)高分子,组装出新型四组份磁性荧光纳米复合粒子。相关测试表明,该复合纳米粒子呈超顺磁性,且饱和磁化强度为27.8emu·g-1,在外界磁场作用下可以发生磁靶向作用；能够在可见光激发(λ>385nm)条件下,显示出明亮的红光；水溶性良好,并成功地将其应用于细胞成像研究。该研究为磁性荧光纳米粒子的组装与表面亲水化的处理提供了新的思路,并在生化领域展现出良好的应用前景。(2)采用梯度萃取法对以牛奶为前驱体构筑出的碳点进行分离,且萃取分离出的碳点表面极性与萃取溶剂的极性有对应关系。碳点的表面极性会影响碳点的光致发光性质：随着碳点表面极性的增加,碳点的发光波长逐渐红移,"excitation-dependency"现象逐渐加剧,荧光寿命逐渐增长,依据碳点表面官能团,对这些发光现象的产生机理进行了讨论。接着,为了探讨“按照表面极性分离碳点”这种设计思路的实用性,我们利用乙酸乙酯萃取分离得到的碳点,将碳点分为表面两亲性与亲水性两种,并进行多功能应用研究。其中两亲性碳点在复合银纳米粒子后,用于组装新型杀菌薄膜复合材料,而亲水性碳点可以用作检测水体系pH值的荧光纳米传感器。该研究首次从极性的角度,采用萃取分离的方式对碳点的表面化学性质展开探索,并对碳纳米材料的表面化学研究以及在生化领域的应用具有较大的参考价值。(3)以天然纳米材料凹凸棒石黏土为原料,通过共价接枝的方式表面修饰水溶性高分子聚乙烯亚胺(PEI),随后引入叶酸与异硫氰酸荧光素,制备出能靶向识别癌细胞的凹凸棒土荧光纳米复合材料。相关细胞实验表明,该纳米复合材料在300μg·mL-1条件下仍没有明显细胞毒性,并且能够通过叶酸受体的介导作用而特异性地靶向识别Hela癌细胞。该凹凸棒土纳米复合材料在癌症的早期诊疗领域具有重要应用价值,同时,该研究为黏土纳米材料的表面化学修饰与生物应用研究提供了新的研究思路。(4)利用天然凹凸棒石黏土与木质素磺酸锌(造纸废料木质素的衍生物)作为基质原料,首次通过基质互穿网络的形式,采用溶液聚合法制备了同时具有缓释锌肥与保水功能的高吸水树脂纳米复合材料。测试结果表明,凹凸棒与木质素磺酸锌通过(表面)共价接枝的方式引入高吸水树脂骨架中,且该材料吸蒸馏水量320g.g-’,缓释锌肥时间超过30天,达到国家农业保水剂与缓释肥的相关标准。随后土壤测定法的测试结果表明,该纳米复合材料可以有效提高玉米种子发芽率约5.4%,在植物栽培等生物工艺学领域展现出广阔的应用空间。