金属纳米簇是联接金属原子和纳米粒子的桥梁。当纳米粒子的尺寸降低到<2 nm时,表现出独立分散的能级而具有量子效应,一个原子的差别就可以导致性质和结构的不同。金属簇的核心结构和堆积方式以及外围保护基元的结构对于金属簇的稳定性、发光、催化以及生物医药的应用方面具有决定性的影响。为了研究金属簇的组成和空间结构,得到金属簇的单晶并进行单晶X-射线衍射的分析成为一种可靠并唯一的方式。通过材料科学家的努力,已经得到各种各样金属簇的组成结构并能够成功预测其性质。巯基嘧啶由于不能溶于有机溶剂,较难得到较大金属簇的单晶,成为研究的盲点。本研究分别使用三种不同的巯基嘧啶合成金簇,并成功得到了金簇的单晶结构。文献通过对金属簇以及金纳米粒子的对比发现,当金属簇的尺寸降低到<2 nm时,表现出独特的抗菌性能,另外由于金簇具有较低的生物毒性成为潜在的生物医药。然而,较低的荧光量子产率和稳定性限制了它的发展和应用。我们使用鱼精蛋白对6-甲基-2-硫尿嘧啶保护的金簇(Prot/MTU-Au NCs)进行功能化的自组装,可以增强金属簇的发光(28倍)、提高其稳定性。通过研究发现鱼精蛋白的聚合结构和分子内氢键对金属簇的发光增强和稳定性都有一定的贡献。我们进一步研究了金属簇对革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)和革兰氏阳性菌葡萄球菌(S.aureus)的抗菌性能,结果发现金属簇的抗菌性能相对于单独的Au NPs提高了 100倍并且具有广谱抗菌性能。进一步的抗菌机理研究表明Prot/MTU-Au NCs破坏了细菌细胞膜并提高了细菌内活性氧自由基(ROS)水平。另外,增强的荧光强度对成像指导下杀菌提供了可能性。受到一种来源于牛抗菌肽(Pep1)的序列和抗菌性能的启发,我们设计了一种富含亮氨酸和精氨酸的抗菌肽序列(CCLLLLRRRRRR,Pep2),发现其与牛抗菌肽具有相似的抗菌性能。利用这个抗菌序列,我们进一步使其与Ag结合形成AMP-Ag NCs。结果表明原来只对革兰氏阳性菌有明显抗菌效果的抗菌肽在与Ag结合后可以具有广谱抑菌特性。传统上从有机体内提取抗菌肽的程序十分繁琐昂贵,我们可以通过降低抗菌肽的使用剂量和人工合成抗菌肽来降低成本。相对于商业用的Ag NCs,Pep2-Ag NCs的MIC可以降低到原来的1000倍。哺乳动物细胞毒性实验和小鼠实验进一步表明其具有优良的生物相容性和较高的抗菌性能。在抗生素耐药性和抗药性严峻的今天,Pep2-Ag NCs可以作为一种优良的可替代抗菌药物。我们利用柠檬酸为原料合成了一种L-酪氨酸甲酯修饰的发射蓝色荧光的碳点(Tyr-CDs)。由于酪氨酸酶可以促使酪氨酸甲酯生成醌,醌作为一种电子接收体使碳点的荧光淬灭,然而生物巯基可以与酪氨酸酶结合,从而削弱醌的产生,于是一种根据生物巯基浓度变化的“off-on”的荧光探针被设计出来。本探针具有荧光产率高,灵敏度高,结果可靠等优点,并用于血清的巯基定量检测中。相比与传统体系中引入重金属离子作为淬灭剂与巯基结合,对环境造成潜在的污染。这里将酪氨酸酶作为淬灭剂,避免了重金属的引入,是一种环境友好的方法。