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本论文开展了两个方面的工作：探索溶胶凝胶包埋法制各无机生物复合材料的合成条件和机理；高分辨X射线荧光谱仪对含Mn过渡金属化合物的荧光发射谱和自旋相关近边吸收谱的实验研究。
一、溶胶凝胶法包埋生物活性分子
本论文应用低温溶胶凝胶法包埋生物活性分子制备无机/生物复合材料。前驱体主要选择具有光学透明和物理刚性的二氧化硅，对该体系进行了深入研究。其次对具有潜在应用价值的有机官能化硅前驱体系(甲基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷)和钛酸四丁酯前驱体体系也进行了相应的研究。模型生物组份则选择了具有电子传递作用的细胞色素c(cyt c)、可以清除过氧化氢(H202)的过氧化氢酶(Cat)和可测定葡萄糖含量的葡萄糖氧化酶(GOD)。应用同步辐射小角散射(SR-SAXS)、紫外可见吸收谱(UV-Vis)和测氧仪等对不同前驱体含量、不同类型和不同pH值的缓冲溶液和不同甲醇含量等条件下的各种体系进行了表征测量和分析。
目前国内外在此领域的研究大都侧重于生物活性材料的实验合成和应用研究，而侧重于包埋过程的特征和机理的研究还很薄弱，尤其利用同步辐射小角散射(SAXS)等手段研究此种材料的包埋以及生物分子在凝胶中的几何特征和构象变化，国内外还未见报道。这在一定程度上制约着该领域的发展。
改进了传统的溶胶凝胶方法，如前驱体和共溶剂的选择，引入缓冲溶液，控制温度、比例和合成步骤等条件，发现溶胶凝胶生长过程中，可能同时存在两种动力学生长机制共同作用：反应控制集团-集团凝聚(RLCA)和反应控制单体-集团凝聚(Eden)。应用分形理论结合相关表征参数，可知中性和酸性条件下的空白溶胶凝胶的形成是一个非线性生长过程，形成开放的、随机分叉的、稀疏的网络结构。
对缓冲溶液中的细胞色素c对甲醇含量等外界条件的变化进行了SAXS和UVVis的实验。细胞色素c在pH=2.5左右紫外可见吸收谱的蓝移是渐变的过程。细胞色素c发生构象变化并不是一个跳跃的、突变的过程，细胞色素c很可能是逐渐展开的(unfolding)。
应用改进后的溶胶凝胶方法，有效制备出无机生物复合材料。多种手段的测试表明生物分子被成功包埋进无机基质。提出了包埋生物分子的溶胶粒子的聚合行为：聚合开始初期，体系生长为反应控制单体-集团凝聚(Eden)和反应控制集团-集团(RLCA)凝聚共同作用，随着体系进一步水解缩聚，体系生长以反应控制集团-集团凝聚为主，网络不断长大，形成随机分枝的开放的网络结构。生物分子对溶胶中簇团的交联起到”导向”作用。在纯硅体系中，细胞色素c在凝胶中随pH值降低，其构象变化经过从自然态到多数为中间态，最后变为一种致密的变形态的构象变化过程。另外，还对不同前驱体或者pH值条件下蛋白质(细胞色素c、过氧化氢酶和葡萄糖氧化酶)在凝胶中的形状变化进行了分析。在相同条件下，不同生物分子在凝胶中存在不同的构象。其中过氧化氢酶和葡萄糖氧化酶多为中间态，表现为拉长的类似椭球的形状，细胞色素c多为自然态，为球形粒子。
低温溶胶凝胶方法可以有效地包埋生物分子且保留其活性。体系结构的演化具有自相似非线性的、标度不变性的特征。同步辐射小角散射为探测体系在纳米尺度上的结构及其变化提供了帮助。
二、高分辨荧光谱仪研究含Mn过渡金属化合物
在北京同步辐射的4W1B实验站发展了一台先进的由多个球面聚焦大角度接收的分光晶体构成的高分辨X射线荧光谱仪，并在国内首先实现了对庞磁阻材料和超富集植物中过渡金属元素Mn的荧光发射谱的实验研究。还对庞磁阻材料(La1-xSrxMnO3)进行了温度依赖的自旋相关近边吸收谱的实验研究。这在国内外均未见相关的实验报道。