本文首先表征了墨鱼骨的分级结构和力学性质,并探讨其结构与生物功能之间的适应关系；然后利用墨鱼骨的有机质部分(去矿化处理后得到的有机膜)作载体吸附金纳米颗粒(Goldnanoparticles,GNPs)制备了金-有机复合膜生物传感器,并将其应用于过氧化氢和葡萄糖浓度的检测；最后利用墨鱼骨的无机质部分,将其水热处理转化为羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HA),用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)对改性前后样品进行形貌观察与定性表征,结果表明水热转化后的HA不仅保持了墨鱼骨的天然多孔结构,还组装了新的微结构,具有一定的潜在应用前景。 具体工作内容如下： 1.墨鱼骨天然结构的表征和生物功能分析：采用SEM和光学显微镜对天然墨鱼骨的微结构进行了系统性表征,结果表明墨鱼骨是由脊背部分和多孔层状结构部分组成：脊背部分是非多孔结构,层状部分是一种三维房架式结构。为了获得墨鱼骨的多孔率,根据阿基米德基本原理推导出计算墨鱼骨多孔率的公式,该方法同时可以应用于其他类似的多孔材料的计算。对墨鱼骨去矿化处理后的有机部分的结构和形态特性进行表征,并探讨了墨鱼骨有机成分和无机成分之间的密切联系。测量了墨鱼骨的抗压缩强度与弯曲强度,计算和探讨墨鱼骨结构与墨鱼骨力学性质之间的适应关系。结果表明,墨鱼骨脊背部分的结构有助于增加其硬度和抗弯折能力,房架部分的结构则可使其以最小的重量有效地抵抗外来静压力,并方便地控制海水进出,从而改变墨鱼身体的密度。 2.基于墨鱼骨衍生的有机质(有机部分)的生物传感器的制备与检测应用：将墨鱼骨多孔层状结构部分去矿化处理后得到墨鱼骨有机膜(主要成分是几丁质,Chitin),SEM表征表明该有机膜保留了墨鱼骨的多孔结构；利用有机膜很强的吸附性能,将其作为载体来吸附GNPs制备了金-有机复合膜传感器,利用复合膜上GNPs的等离激元共振峰(localized surface plasmonresonance,LSPR)和H2O2介导的GNPs的长大过程,建立吸收峰强度和H2O2浓度之间一一对应的关系,从而用于生物传感。结果表明：由于墨鱼骨有机膜的比表面积大,吸附能力强,可以吸附大量的GNPs,因此可以有效地放大光学信号强度,从而使得该传感器的灵敏度比其他基于GNPs的相关传感器高。本文制备的生物传感器对H2O2的最低检测浓度可以达到2.0×10-6M,并在此基础上将该传感器应用于葡萄糖检测,葡萄糖的最低检测浓度可以达到5.0×10-6M。此外,随着GNPs粒径的逐渐长大,反应以后肉眼可以观察金-有机膜的颜色逐渐加深,因此该传感器有望用于可视化分析。 3.墨鱼骨文石型碳酸钙(无机部分)水热改性制备羟基磷灰石及潜在应用：由于墨鱼骨是天然的多孔材料,孔径大小为几十至上百微米,有望作为组织工程骨。作者将天然墨鱼骨材料经水热反应转化为HA,用FTIR、XRD对水热转化前后的材料做定性表征证实转化后的产物是HA。利用SEM对改性前后样品进行形貌观察,结果发现墨鱼骨水热转化后HA不仅保留了墨鱼骨的天然多孔结构,并且在大孔房架结构上自组装了新的微球结构,在药物缓释和骨组织工程等方面有一定的应用前景。