生命科学和材料科学中的基本问题是当前分析化学发展的重要研究方向。微、纳米技术在生命科学领域中的应用是近年来乃至未来若干年内的研究热点之一。表面增强衰减全反射红外光谱技术具有灵敏度高、选择性好、操作简便，且能够进行溶液样品分析等特点，弥补了透射红外光谱技术研究生物体系的不足。从分子层面上认识蛋白质分子在界面的行为，探讨蛋白质分子受外场作用所产生构效关系变化，从而为人类探索生命活动的规律提供合理、有效的研究方法，并且从理论上指导临床医学新技术的开发以及新药的合成与研制。虽然ATR——IR技术的研究已取得了重要的进展，但是在生物体系中的研究尚处于萌芽时期。因此，结合纳米技术，建立并发展研究生物体系的新方法，将为人类揭示生命奥秘奠定深厚的理论基础。基于以上分析，结合本研究组在光谱新技术的发展及生物传感的构建等方向的研究基础，本文主要开展了以下三方面的工作： 1．表面增强ATR-IR功能纳米界面的构筑及其对蛋白质的IR增强效应。基于衰减全反射(ATR)光谱的原理，成功地搭建了一个能够在不破坏样晶微观状态前提下观察溶液样品结构变化的ATR-IR原位分析系统，发展了一种研究血红素类蛋白在光窗材料表面吸附行为的新技术。采用简便、快速的原电池交换方法在单晶硅光窗材料上合成了二维金功能纳米界面。该反应过程中金纳米粒子的沉积动力学受扩散控制，其表观活化能为28.57 kJ mol-1。研究了多孔硅支撑的不同形貌金纳米结构的表面增强拉曼效应及其超疏水性质，详细讨论了金纳米材料的形成机理。纳米金膜的比表面积约是其几何面积的6倍，极大地提高了金膜表面Cyt c分子吸附的功能密度，且有效地保持了Cyt c分子的生物活性。对比裸光窗上Cyt c酰胺Ⅰ的吸收峰强度，修饰金膜后吸收峰的强度约是光窗修饰前强度的50倍，有效地实现了ATR—IR技术原位检测生物分子的表面增强效应，为超低浓度蛋白质分子的原位分析提供一种新思路和新技术。 2．三维有序多孔材料的制各及其在蛋白质分子直接电子转移研究中的应用。将反向胶体晶模板技术与电化学方法相结合，制备了高度有序的三维多孔金膜电极。这种金膜电极具有良好的导电性、高稳定性和极大的比表面积等优点，明显地提高了血红蛋白分子在电极表面的功能密度，有效地保持了蛋白质分子的生物活性，并且实现了血红蛋白分子与金电极之间的直接电子转移。研究了血红蛋白在多孔金电极上的吸附特性，血红蛋白在该电极上的吸附量为6.55×10-10mol cm-2，覆盖度为88.1％。该研究体系将在生物分子电子器件的构建与生物燃料电池等领域开辟广阔的发展前景。 3．外场作用对蛋白质分子构效关系的影响。从分子水平上考察了影响蛋白质分子构效关系的外场因素—电场及放射性同位素的中子辐射。强电场作用有利于血红蛋白(HB)分子在三维有序多孔金电极上的吸附，但却严重地破坏了Hb在电极表面的分子取向及其高级结构，不利于Hb分子与电极之间发生直接电子交换。同时，通过研究临床上β-—90Sr辐射治疗血栓对几种凝血蛋白的影响，发现仅10 Gy的β-—90Sr辐射就使胶原蛋白的二级结构发生明显的变化；而对纤维蛋白原分子，则需要超过20 Gy的辐射才能破坏其分子二级结构。AFM和接触角实验表明，伴随蛋白质分子二级结构的变化，纤维蛋白原分子的表面形貌也发生了很大的变化，同时其表面性质也从亲水性转变为疏水性。因此，无论是强电场，或是中子辐射都能使蛋白质分子丧失其生物活性及生理功能。这一研究结果使我们从分子水平上认识蛋白质的生理功能，也为临床体外实验提供理论依据，为新药的合成与开发及人类生命体系的认识开拓一个新的领域。