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金纳米材料优良的光电性质和良好的生物相容性，使其在生物传感器、药物靶向、成像和动力学治疗等领域有着极其广阔的应用前景。金纳米粒子具有较大的吸光系数，能有效猝灭荧光，可以作为共振能量转移体系中的受体应用在生物传感方面。同时由于纳米粒子在载药体系中的重要性，我们对聚乙二醇包裹的金纳米粒子的性质做了系统研究。近年来小粒径的金纳米簇材料由于其独特的光学性能，在生物传感、成像等领域也有着广泛的应用前景。发展制备这些材料的新方法、新技术，拓展这些材料的应用领域，不仅有重要的理论价值，而且对生命分析领域的快速发展具有重要的现实意义。 本文正是基于以上研究背景，以金纳米材料（粒径分别为:1.8nm、6nm和13nm）为研究主体，围绕金纳米材料的制备和生物传感应用做了一系列的研究。主要包括以下几方面的内容: 1.基于金纳米粒子和量子点的共振能量转移原理检测Ⅳ型胶原酶的新型荧光探针的研制及分析应甩 基于CdTe量子点和金纳米粒子(AuNPs)之间的共振能量转移(FRET)原理，构建了一种新型的荧光探针用于Ⅳ型胶原酶的检测分析。量子点(QDs)具有良好的光学性质及高的量子产率，可作为FRET体系中理想的供体;同时金纳米粒子的吸收光谱可与CdTe量子点的发射光谱有效重叠且具有高的消光系数，因此可作为FRET体系中理想的受体。在本体系中，尾端连有半胱氨酸基团的多肽可通过形成Au-S键有效连接在金纳米粒子的表面。然后，将其与量子点通过多肽的半胱氨酸残基连接起来。此时，荧光共振能量转移体系的形成使得量子点的荧光发生猝灭。当加入Ⅳ型胶原酶时，该酶可有效水解肽链导致FRET消失，量子点的荧光随之得到恢复，据此实现对Ⅳ型胶原酶的检测。在最优条件下，对Ⅳ型胶原酶的检测的线性范围是0.05-10μg/mL，检测限是18 ng/mL。其他的共存离子及酶均不构成干扰。该方法为在正常细胞和癌细胞中检测Ⅳ型胶原酶的活性开辟了新的途径。 2.基于金纳米粒子和量子点的共振能量转移原理对细胞凋亡的检测及抗癌药物的筛选 基于金纳米粒子(AuNPs)和量子点(QDs)之间的共振能量转移原理(FRET)建立了一种快速、灵敏、可选择性的同时检测细胞凋亡和评价药效的传感器。通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对整个过程进行了表征，结果表明该传感器已经成功建立。通过荧光光谱对金纳米粒子和量子点之间的能量转移效率进行了评估，结果表明量子点是FRET体系中理想的供体而金纳米粒子是理想的受体。具体步骤如下:首先，尾端连有半胱氨酸基团的多肽(GDGDEVDGC)可通过形成Au-S键有效连接在金纳米粒子的表面。然后，将其与量子点通过生物素和亲和素的特异性结合连接起来。此时，荧光共振能量转移体系的形成使得量子点的荧光发生猝灭。当加入细胞凋亡液时，该溶液中含有半胱氨酸蛋白酶caspase-3，该酶可有效水解肽链从而导致FRET现象的消失，量子点的荧光随之得到恢复，据此实现对细胞凋亡的检测。该方法不仅可以有效区分出正常细胞和凋亡细胞，而且可以对抗癌药物的药效进行有效的评估。 3.超声辅助一步法合成水溶性金及金银合金纳米簇及其传感应用 本文利用牛血清白蛋白(BSA)作为还原剂和保护剂，结合超声技术建立了一种一步法快速合成水溶性的金纳米簇和金银合金纳米簇。所制得的金纳米簇具有近红外的发光而金银合金纳米簇却发射出很强的黄色荧光。相对于其他的合成方法，此法具有简单、快速、产物荧光质量和量子效率高等优点使之有望应用于细胞标记及成像领域。随后，我们利用重金属离子对荧光的猝灭作用，成功将其应用于二价铜离子的检测，结果显示可以对二价铜离子进行高灵敏、高选择性的、快速的检测，检测限低至0.3 nmol/L，检测范围宽且不易受干扰。此外，利用亚硝酸根的氧化作用，该金纳米簇还可用于亚硝酸根离子的检测，检测限低至1 nmol/L。 4.金纳米簇做为信号放大探针在免疫传感中的应用 研制了一种便携式、低成本、环境友好的、使用无毒金纳米簇做为信号放大探针的免疫传感器。受贻贝分泌的黏附蛋白启发，我们采用一条较为简单的修饰方法，在修饰了聚多巴胺薄膜的铟锡氧化物(ITO)上功能化一抗抗体，通过扫描电子显微镜(SEM)、接触角、电化学阻抗图谱(EIS)来对传感器的构建过程进行表征。以人IgG抗原作为模型蛋白来演示此免疫传感过程。通过酶联免疫反应，根据不同的临床需要，可通过比色法、荧光法以及电化学的方法来对其进行定量检测，也可通过肉眼来对其进行定性检测。在AuNCs和银染增强的双重放大信号的作用下，检测限可进一步降至0.5 pg/mL。该免疫传感器具有携带方便、灵敏度高、精确度高、稳定性和重复性好等特点，可将其应用于临床分析。 5.PEG链长和接枝密度对载药系统中金纳米粒子的稳定性、水合半径以及细胞毒性的影响研究 在不同条件下制备了一系列PEG包裹的金纳米粒子(PEG-AuNPs):(1)不同的链长（平均分子量:550、1000、2000、5000和10000 g/mol）;(2)不同的接枝密度（对于分子量为550的PEG接枝密度从1000∶1到4000∶1，对于其他分子量的PEG接枝密度从200∶1到2000∶1）。实验结果表明金纳米粒子表面的PEG的结构不仅与PEG的长度有关，而且与PEG的接枝密度有关。我们采用两种相互独立的方法:动态光散射和凝胶电泳对PEG-AuNPs的水合半径进行测量。实验结果表明这两种方法具有较好的统一性。采用MTT实验对一系列的PEG-AuNPs的细胞毒性进行了研究，结果表明随着PEG链长的增大，PEG-AuNPs的毒性逐渐减小。所有这些研究为设计PEG包裹的纳米粒子在成像和载药方面的应用具有指导意义。