无机纳米粒子由于其具有的独特的光、电、磁等性质,因而被广泛用于生物分子的分析检测。而由于纳米技术的发展,其研究趋势已经由研究单一纳米材料的合成和性质转向研究纳米材料组装体的性能与应用。其中通过无机纳米粒子与生物分子的自发组装是近年来的研究热点,生物分子的引入不仅可以产生多种多样的复合结构,赋予了组装结构对于其周围环境的响应性,而且生物分子特异性的识别作用还可以有效地控制无机纳米粒子之间的距离,改变组装体的光电性质,从而可以发展针对生物分子的新型检测技术。此外,由于无机纳米粒子与生物大分子尺寸、电荷的相似性,通过对于无机纳米粒子与生物分子自组装行为的研究,还可以进一步认识无机纳米粒子组装体系与生物大分子体系的相关性。本论文基于溶液法合成了单分散性良好的具有表面等离子体共振特性的金纳米棒和具有尺寸依赖的荧光特性的半导体纳米粒子,并以金纳米棒和半导体纳米粒子为组装单元,研究了从生物小分子(半胱氨酸、三聚氰酸)到生物大分子(DNA、酶)分别与金纳米棒、量子点的组装行为,对光学无机纳米粒子与生物分子组装体产生的独特光学性质进行了表征,进而利用组装体产生的光学性质检测了对生物体有重大影响的组分。采用生物小分子(半胱氨酸和三聚氰酸)与金纳米棒进行组装,形成了头对头或者肩并肩的组装结构。通过半胱氨酸诱导形成的头对头组装结构具有良好的等离子体圆二色性光学性质。两种相反手性的半胱氨酸在0.5~7.5μM浓度范围内,可以调节组装体产生不同的圆二色性吸收。而采用三聚氰酸盐诱导形成的金棒组装体多为肩并肩结构。基于组装体表面等离子体共振的耦合,三聚氰酸的拉曼信号得到增强,0.1 n M的三聚氰酸即可产生有效的拉曼增强信号。相关组装机制和光学性质,可以用于多种相似生物小分子的检测。采用非特异性序列的线性DNA与尺寸、表面结构和电荷等方面具有与蛋白质相似的性质的量子点组装。通过调节DNA与量子点的比例,可以制备成尺寸约为30 nm的球状纳米结构。随后这些球状结构链接成串珠状并最终成为三维的片状结构。这一组装过程与先前发现的单纯量子点自组装成为纳米线的行为有明显的差别。研究发现,量子点与DNA之间的相互作用方式以氢键和静电偶极作用等非共价相互作用方式为主,这与生物体内蛋白质之间或者蛋白质与DNA之间的相互作用方式相似。这一研究增加了对于无机纳米粒子与天然DNA之间如何进行有序组装的认识并且为可控制备相关组装结构奠定了基础。将乙酰胆碱酯酶与巯基丙酸稳定的Cd Se@Zn S量子点,利用可控的层层自组装方法进行组装。发现加入酶促反应底物后,酶反应产物可以作为量子点受光照激发产生的空穴的电子给体,从而增强光电流的强度,因而组装体光电性质随酶促反应的发生而变化。进一步研究发现,当引入能级处于酶促反应氧化还原电位与量子点能级之间的石墨烯时,组装结构光电性质进一步改善。基于这种组装结构的光电性质不仅可以用于生物体内的神经递质乙酰胆碱的检测,也可以用于两种酶抑制剂对氧磷与敌敌畏的检测,其检测限分别达到了10-14 M和10-12 M。这种光电化学检测方法十分灵敏,稳定性和重现性良好并且可以用于实际样品检测。综上所述,本文研究了由小到大的生物分子与无机纳米粒子自组装形成的组装体的结构、光电性质以及利用这些优良性能构建可用于生物分析检测的光学、光电检测机制,进一步扩充了无机纳米粒子与生物分子组装结构这一领域的研究与应用。