随着纳米医学的发展,无机纳米材料促进了材料、化学、医学等多学科的交叉,从而为医学诊断、治疗等相关问题的解决提供了新的研究方法和思路。无机纳米材料独特的光学性质使得其在成像检测与生化分析中具有很大的应用潜能;其独特的结构性质及表面特性,比如说多孔性和可修饰性,使得其在药物运输与疾病治疗等领域具有广阔的应用前景。因此,基于无机纳米材料的生化分析与疾病治疗为疾病诊疗开辟了一条新的研究道路。但是,无机纳米材料只是实现信号输出或者发挥疗效作用的其中一部分,为了提高分析的特异性与治疗的有效性,无机纳米材料需要具备对靶标物的特异识别能力。因此,识别分子的选择和设计是构建功能性无机纳米材料的一个关键因素。生物体内的分子识别体系有抗体/抗原,酶/底物等,也有研究者设计了一些具有识别功能的有机小分子、多肽,但这些识别分子单元还存在一些挑战性问题,比如说靶标物种类有限、稳定性差、水溶性差、可制备性不强等。功能化DNA由于其优异的靶标物识别能力、良好的生物相容性以及易于修饰等特点,为具有靶向能力的无机纳米材料的设计提供了新的平台。其中,核酸适体是一类重要的功能核酸,对靶标物具有特异性识别的能力。它通过形成与粑标物分子结构相匹配的特殊三维空间构型和靶标物特异性结合,从而实现对靶标物的高特异性识别与高亲和性结合。相对于抗体、多肽和有机小分子,核酸适体具有设计灵活、靶标物范围广、生化稳定性高及易于合成与修饰等一系列优势。近年来,核酸适体在检测探针以及治疗体系的构建中得到了广泛的关注,并被大量用于生物传感、生物成像、疾病诊断以及疾病治疗等各个领域。随着核酸分子技术与纳米技术的不断发展,功能化DNA特别是核酸适体正在被用于设计具有多种功能和性质的功能化纳米体系,在生化分析和疾病治疗中具有非常广阔的应用前景。在本工作中,我们以功能化DNA为识别分子工具,结合无机纳米材料独特的光学性质、结构特性以及表面特性,设计和制备了系列基于核酸分子的无机纳米复合材料,并探究了其在生化分析与疾病治疗中的应用。本论文的主要研究内容如下:（1）通过逐步注射法实现了稀土上转换核壳材料的一步合成,制备得到了多波长激发、多波长发射的核壳结构上转换颗粒,且纳米颗粒形貌、尺寸均一,核壳结构的设计大大提高了上转换纳米颗粒的发光效率。（2）基于多色发光的稀土上转换纳米颗粒构建了一种比率荧光探针,并将其与便携基底结合设计了可视化检测器件。该检测器件可以与分析物结合并发生荧光共振能量转移,从而其对分析物的可视化检测。（3）设计合成了两种不同DNA功能化的稀土发光纳米探针,并进一步地将其与基于光子晶体的超亲水-超疏水的基底结合构建了癌症标志物检测器件。该癌症标志物检测器件可以实现上转换荧光的增强以及靶标物的富集,在多种癌症标志物以及病人样品检测中表现出了优异的可视化检测能力。（4）开发了一种核酸适体功能化的多孔结构双面支架材料,并将其应用于膝关节缺损修复。该双面支架材料可以特异性富集干细胞并促进其定向分化,在骨缺损以及软骨缺损修复方面表现出了非常优异的修复性能。