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生命分析化学是分析化学与生命科学交叉过程中形成的一个新的学科分支，已经成为生命科学研究中的重要组成部分。基于表面增强技术和衰减全反射红外光谱技术发展起来的表面增强全反射衰减光谱(Surface-enhanced InfraredAbsorption Spectroscopy-Attenuated Total Reflection，SEIRAS-ATR)分析方法，以其高灵敏度、高选择性、原位、在线等优势，在生物分析的结构、功能和界面行为等研究领域拥有广阔的应用前景。SEIRAS-ATR技术在固/液界面分析中具有不可替代的优势，为研究生命过程提供了一个良好的平台。作为增强基底的金纳米薄膜可以同时用作构建生物电子器件的基底，而检测灵敏度的提高使这项技术能够检测到生物分子微小的结构变化，因此，SEIRAS-ATR技术能够直接对生物电子器件中生物分子的行为和生物反应过程进行的实时、在线检测。本文围绕这一主题展开了以下三个方面的研究: 一、表面增强衰减全反射红外光谱技术用于蛋白质吸附动力学的研究 提出了将表面增强衰减全反射红外光谱技术用于生物分子在金纳米界面吸附行为的研究。首先，以无电沉积技术在Si表面沉积了具有红外增强效应的Au纳米薄膜，该薄膜与硅光窗间有较好的粘附力，可以重复利用。同样浓度的蛋白质吸附在Au纳米薄膜表面较之裸光窗表面的红外吸收强度提高了58倍，并且分析灵敏度提高了3个数量级，同时，还很好的保持了蛋白质的天然结构。 蛋白质的酰胺Ⅱ带吸收峰对蛋白质二级结构变化不敏感，因此，常用于计算蛋白质总量。由于酰胺Ⅱ带吸收峰面积与蛋白质总量的线性关系，通过SEIRAS-ATR光谱对吸附在Au纳米薄膜表面的BHb吸附行为进行原位在线检测，可以获得表面覆盖率与吸附时间的关系曲线和BHb在该表面的吸附等温线，发现BHb在Au纳米薄膜表面符合Freundlich吸附过程。 Au纳米薄膜的PZC为-0.1 V(SCE)，因此，在开路电位下其表面有过剩的正电荷。BHb的等电点约为7.0，当溶液pH为8.0时，BHb带负电，当溶液pH为6.0时则带正电。因而，在上述两种溶液pH值下，蛋白质吸附速率将受到溶液pH值的影响。溶液pH为8.0时，蛋白质吸附速度最快，达到吸附平衡需要的时间最短;而溶液pH为6.0时，蛋白质吸附速度则最慢。然而，BHb吸附与表面之间的主要作用力却不是静电力，而有可能是共价键和弱配位键等。BHb表面带有电荷时，由于蛋白质分子之间存在静电斥力，影响了使吸附平衡时的表面覆盖度，当pH为7.0时，BHb表面净电荷为零，此时的表面覆盖度最高。 二、溶液pH对吸附在羧酸端基自组装膜表面的cyt c界面行为与直接电化学的影响 提出了以表面增强红外光谱技术研究固定化细胞色素c(cytc)的构效关系，并阐明了细胞色素c(cytc)界面行为与直接电子转移间的相互关系。电化学循环伏安法证明，固定在MUA-SAMs表面的cytc在pH3.0至10.0的范围内，轴向配位未发生变化，没有生成其他轴向配体引起的构象。 在酸性环境中，cyt c的电子转移过程是一个质子参与过程。随着pH值的降低，电子转移速率常数Ks保持不变。由于溶液中H+的增加导致表面-COO-质子化，使cytc随pH值的降低逐渐从表面脱附，而纳米电极表面局部H-的分布不均，使留在表面的cyt c仍然保持了自然构象。 在碱性环境中，cyt c/MUA/AuNp电极不再表现出质子参与的特征，而且氧化还原峰型变宽。由于cytc的二级结构变化改变了血红素中心到电极表面的距离，电子转移速率常数Ks变小，电子转移能力变差，并且这个变化是完全可逆的。而强表面电场的作用，使血红素周围的赖氨酸残基很难远离表面，阻碍了其对cyt c轴向配体的取代，使cyt c的轴向配位得以保持。 三、基于金纳米粒子生物条码技术的DNA红外光谱传感器的研制 首次建立了基于表面增强内反射红外光谱技术和金纳米粒子生物条形码技术的核酸传感器。DNA传感器是基于DNA双链的碱基互补配对原则发展起来的一类简易、快捷、高选择性的生物传感器。纳米材料和纳米技术在DNA传感器中的应用能够对信号进行放大，极大提高检测的灵敏度。金纳米粒子生物条形码方法通过捕获探针将目标分析物固定在固体基底表面，再结合识别探针形成夹心结构达到检测的目的。基于纳米粒子-DNA生物条形码技术，在金纳米粒子上标记具有红外活性的对巯基苯甲酸（4-MBA），构建了以红外光谱作为检测器的DNA传感器，提供了一种非标记、原位、在线、无损检测DNA的新技术，实现了对寡聚核苷酸杂交过程的在线跟踪，为SEIRAS-ATR在基因传感、免疫传感分析等领域的应用提供了新的思路。