层状复合氢氧化物(Layered double hydroxides,简称LDHs)是一种重要的二维纳米材料。近些年来随着无机材料的发展,基于LDHs的组装薄膜材料,因表现出许多独特的物理化学性质,在众多领域显示了广阔的应用前景。前期的工作研究中基于静电作用或氢键作用的驱动,实现了不同的有机、无机功能客体分子与LDHs纳米片的组装,构筑了具有丰富性质和功能的复合薄膜体系。但是,基于其他驱动力以及其他种类的组装客体分子用于拓展LDHs复合薄膜体系构筑的研究都还比较少,在某些方面限制了 LDHs更广泛的应用。因此,开发和探索其他的组装驱动力,拓展并实现更多类型的功能基元用于构筑LDHs复合薄膜,是目前LDHs复合薄膜领域研究发展的一个重要方向。本论文以LDHs纳米片为主体组装基元,生物大分子(荧光蛋白EGFP、单链核苷酸ssDNA)或用于生物传感检测的小分子为客体,通过插层组装技术,以静电作用、氢键作用、范德华力以及其协同作用为组装驱动力,实现一系列生物-无机复合薄膜的构筑。利用LDHs二维层板的结构特点,使组装客体分子的性能得以提高,实现了生物分子和小分子的固载化,基于客体分子的荧光性能,进行该类复合薄膜体系在生物传感方面的应用研究。本工作为生物-无机复合薄膜材料的制备及其在生物荧光传感方面的应用做了有益的探索。本论文的主要研究内容如下:1.小分子8-苯胺基-1-萘磺酸(ANS)/LDH复合薄膜的构筑及其生物荧光传感性能的应用研究:通过层层组装技术,将可用于疏水蛋白探针的小阴离子ANS与LDH纳米片交替组装,获得了具有良好的二维有序周期性结构的(ANS/LDH)n复合薄膜。该体系中小离子ANS与LDH纳米片之间的组装驱动力主要为静电作用、氢键作用和共轭π电子诱导静电作用(范德华力)。层层组装使得薄膜LDH层间的ANS基于主客体相互作用诱导而趋于更有序的方式排列,从而使其偏振荧光得以增强。同时由于LDH层板的2D限域效应使得薄膜中ANS的荧光发射峰在弱极性溶剂中分裂为三个较窄的荧光峰,并对不同极性溶剂环境具有可逆性荧光响应。此外该薄膜可选择性对BSA的不同浓度具有很好的线性荧光增强,并对其不同的聚集状态表现出不同的线性响应关系。该工作基于三种驱动力,实现了特殊结构的小分子与LDHs纳米片的组装,构筑了具有优异性能的荧光复合薄膜。2. (EGFP/LDH)n复合薄膜的构筑及其荧光传感性能的研究:基于静电和氢键作用,利用成核晶化法直接得到的LDH纳米片与荧光蛋白EGFP进行组装,构筑了一种新型的二维有序的生物-无机复合薄膜材料,实现了生物分子EGFP的固载化。该薄膜在一定的pH范围(4-8)内荧光强度随pH值的减小而减弱,并具有很好的可逆性;同时该薄膜对不同的干/湿环境具有可逆性荧光响应;基于内滤效应,该薄膜对一些生物分子(如原卟啉)也具有可逆性荧光响应。本工作中无机LDH层板为薄膜中的EGFP提供了一个良好的亲水环境,使得其结构和荧光性能得以保持,为其他生物分子的固载化提供了研究基础,拓展了基于LDH的层层组装方法及其在生物领域的应用。3.(ssDNA@DAPI/LDH)n复合薄膜的构筑及其荧光传感性能的研究:利用共组装的方法,将小分子荧光染料DAPI与ssDNA共混后和LDH纳米片层层组装,构筑了二维有序的(ssDNA@DAPI/LDH)n复合超薄膜,实现了生物分子ssDNA和小分子DAPI的固载化。基于DAPI的荧光强度与DNA的结合方式的相关性以及DNA碱基配对规则,研究了该薄膜对不同序列ssDNA的荧光响应变化,对于碱基数为10个以上互补序列,薄膜的荧光明显增强,并且随浓度的增大而增大,;对于碱基数小于10的互补序列,碱基数越少(越短)的ssDNA片段,荧光增强的越少;对于碱基数为4的ssDNA片段,薄膜的荧光强度基本无变化;对于非互补序列的ssDNA,薄膜荧光强度也无明显变化。同时该响应也具有很好的重复性和可逆性,因此该薄膜有望成为一种新的用于检测特殊序列ssDNA片段的生物荧光传感器。4.小分子2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(BP4)插层LDH复合薄膜的构筑及其荧光传感性能的研究:通过共沉淀的方法将有机小分子BP4和表面活性剂DES共插层到LDH层间,利用LDH的层板的限域效应,获得了荧光强度、荧光寿命和量子产率明显提高的DES-BP4(x%)/LDH复合发光材料,其发射波长从491 nm到510 nm可调,其中DES-BP4(8%)/LDH荧光最强,量子产率增至10.45%,与BP4粉体相比,荧光强度增大45倍,量子产率增大13倍。利用溶剂蒸发法制备的DES-BP4(8%)/LDH复合薄膜,具有良好的发光性能。该薄膜在一定的pH范围(4-8)内荧光强度随pH值的减小而减弱,并具有很好的可逆性;同时基于内滤效应,该薄膜对生物分子原卟啉也具有可逆性荧光响应。因此该薄膜有望成为一种新型的用于体外检测pH或一些生物分子的生物荧光传感器。