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磁性纳米材料在纳米材料中居于不可或缺的重要地位，其几何尺寸在1-100nm范围内，具有优异的磁学、电学、热学和光学特性，因此吸引了来自实验和理论等各个方面的广泛关注和研究，并在电子学、纳米复合材料、生物医学诊断、环境催化等许多领域具有巨大的潜在应用价值。
本论文进行了两种磁性纳米材料的合成及其应用研究。首先制备一种石墨烯基二维磁性纳米材料，并研究其仿酶催化性能。再次，制备了一种均匀的小粒径磁性纳米微球，并将其应用于法庭科学生物样本DNA分离。最后，基于多重直接扩增技术建立起用于大规模生物样本个体识别的高通量快速DNA检测方法，解决了法庭科学中痕量样本和大规模批量样本检测的实际问题。具体工作包括:
(1)石墨烯基二维超薄纤铁矿纳米片层材料的合成与应用。我们使用石墨烯为模板合成了超薄二维γ-FeOOH纳米片层材料。研究发现，当rGO与FeCl3(20％wt)混合在一起，在还原剂如水合肼的作用下，在80℃反应30min后，rGO表面生长出横向尺寸超过100纳米，厚度为2.1nm的二维γ-FeOOH纳米片层材料。继而通过TEM、HRTEM、XRD、穆斯堡尔谱、STXM等一系列表征方法证明石墨烯表面的铁元素大部分以二维纳米片层状态的γ-FeOOH形式存在。这种新型的二维γ-FeOOH纳米材料表现出明显的超顺磁性和类过氧化物酶的催化活性，具有作为新型磁纳米器件和功能膜的潜力。基于其类过氧化物酶的催化活性，我们将其应用于苯酚的催化降解。研究证明该二维磁性纳米片层材料可以作为一种可重复利用的高效催化剂用于污水中酚类等有害物质的降解。预计利用石墨烯为模板可能合成更多的新型纳米材料而广泛地应用于各个领域。
(2)复合磁性微球的制备及其在法医生物学样本DNA检测中的应用。采用共沉淀/乳液聚合/溶胶-凝胶合成法，我们合成了粒径约为120nm的具有超顺磁性的单分散均匀分布的硅包被磁性微球。我们建立了与超细磁性微球相配套使用的DNA捕获试剂体系。基于上述DNA捕获系统，能够分别在0.1μL人血液中获得3.54ng、103-105个HEK细胞中获得8.4ng-870ngDNA。采用该系统进行复杂样本DNA分离与纯化后，经实时荧光定量系统检测，内对照的荧光阈值基本在27.5-28.5之间变化，表明该系统能够有效去除多种PCR抑制剂，获得高质量的DNA。基于此，我们将该纯化系统与其它同类方法进行比较研究，研究表明，该方法在DNA回收效率和微量DNA检测成功率方面优于其它同类方法。随后，我们利用120nm粒径的均匀分布的磁性微球DNA提取系统进行法庭科学案件样本提取，包括接触性样本、腐败样本和常规样本在内样本均获得了理想的分型结果，充分显示其进行法庭科学极微量样本检测的能力，为法医DNA疑难生物样本的检测提供了一种更为有效方法，解决了困扰当前法庭科学DNA检测的一大难题。
(3)基于多重扩增技术的复合直接扩增检测系统用于大规模样本的快速、高通量和多元DNA检测。通过人特异性STR位点引物序列的筛选优化及直接扩增缓冲试剂体系的建立我们构建了一个多重直接扩增DNA检测系统。该检测系统能够在免去DNA提取步骤的情况下，对未经处理的样本实现直接扩增，单次PCR反应即可获得19个用于人类个体特异性识别的STR位点信息。利用本系统进行不同量样本（如1.2mmFTA血卡）、的低体系（10μL）直接扩增，均能获得完整的包含19个STR位点信息的分型结果，检测结果完整、准确、峰型尖锐、无Stutter带、pull-up峰、非特异性条带、双肩峰等现象出现。该系统用于批量样本DNA检测具有非常高的分辨力和出色的简易性。更重要的是可以在短时间内实现大规模样本DNA高通量快速检测。解决了法庭科学大规模批量DNA样本积压的另一个难题。预计该复合直接扩增的检测方法也可以广泛地应用于生物医学诊断等多个其它领域。