功能化的Au表面和金纳米粒子(AuNPs)在电子技术、传感技术、纳米材料技术、化工技术、医疗技术和生物技术等各领域表现出巨大的应用价值。本论文在功能化Au表面/AuNPs最新研究进展的基础上,结合本课题组长期的研究积累和成果,制备了一系列自组装膜(SAM)修饰的Au表面和AuNPs.利用多种电化学、光谱学和润湿性表征技术对制备的材料的结构和性质进行了表征。并利用材料的独特性能,构建各种仿生界面,结合多种表面分析方法,对各种复杂的表面和界面现象进行考察,如渗透、润湿、粘附、表面电荷分布、电子转移理论和分子识别等。本文共分为六部分,包括绪论、Au表面含氟两亲性SAM选择渗透性和界面电子转移机制的电化学研究、Au表面功能化调控蛋白和细胞吸附、Au表面“点击”化学修饰及抗污性研究、功能化AuNPs的合成与表征研究、AuNPs表面功能化构建化学传感器等内容。第一章为绪论部分。对功能化Au表面和AuNPs的发展历史、研究现状、材料特性及其在化学、生物学、光学、催化、医学、材料学、传感技术等领域的分析应用进行了较全面的综述,对本论文的课题设计和主要研究内容作了介绍。第二章是Au表面含氟两亲性SAM选择渗透性和界面电子转移机制的电化学研究。用丙炔基端基／羟基端基-四(乙二醇)己硫醇混合溶液在Au电极表面进行共组装,制备了含亲水片段的二元硫醇SAM,再利用SAM表面炔基和叠氮基之间的“点击”反应在SAM表面接枝疏水的4-全氟壬烯氧基苯甲基叠氮,得到内部亲水而外部疏水的含氟两亲性SAM (FEG-SAM)。用X射线光电子能谱(XPS)、掠角反射红外光谱(GIR)、接触角测定技术(CA)对制得的FEG-SAM进行了表征。通过循环伏安法和电化学阻抗谱考察了FEG-SAM对不同探针离子／分子的选择通透性,并对不同探针电对在界面的电子转移机理进行了探讨。第三章是Au表面功能化调控蛋白和细胞吸附。利用端基分别为疏水性全氟烷基(PFA)和亲水性寡聚乙二醇(OEG)的二元硫醇在Au表面进行混合自组装构建两亲性PFA/OEG SAM,研究材料的表面组成和性质对蛋白质吸附和细胞粘附行为的影响。针对的问题包括,硫醇溶液的组成分布和制得的SAM的表面组成之间的关系,以及和SAM的表面能之间的关系；表面亲疏水成分对蛋白质吸附和细胞粘附行为的影响；界面的微环境对蛋白质和细胞活性的影响。结果表明,相对亲水的OEG来说,疏水的PFA更易在Au表面进行自组装；更有趣的是,38%PFA SAM有很好的抗蛋白吸附能力,而74%PFA SAM是非常好的生物粘附性表面。此外,PFA/OEG两亲性SAMs表现出比纯OEG SAM和纯PFA SAM更好的生物兼容性,可以很好的保持蛋白质的活性。该研究提供了非常有用的信息和一个灵巧的策略,只需微调两亲性表面PFA和OEG链的组成比,就可构建具有独特性能的高抗污或高粘附性的表面,分别应用于抗污材料和生物工程材料领域。第四章是Au表面“点击”化学修饰及抗污性研究。通过Cu(I)催化的炔基-叠氮基点击化学反应,用PFA-N3对Au表面丙炔基/羟基-四(乙二醇)端基的二元硫醇SAM进行表面改性,制备了一系列同时具有寡聚乙二醇、1,2,3-三氮唑等亲水性官能团和高疏水性PFA官能团的两亲性SAMs。通过改变硫醇溶液的组成可调整SAM表面炔基的数量,进而调整SAM表面PFA的接枝量,从而得到具有不同表面化学组成与结构的两亲性SAMs。通过表面等离子共振谱和荧光显微镜成像考察了材料的表面化学性质对纤粘连蛋白吸附及成骨细胞粘着行为的影响,探索了材料抗污性能的影响因素。研究表明,两亲性SAMs在水溶液中的结构重组和表面微相分离结构的异质性对材料的抗污能力有关键影响。第五章是功能化AuNPs的合成与表征研究。AuNPs的尺寸、形貌和表面特性直接界定了AuNPs的适用范围,精确控制AuNPs的尺寸、形貌和表面功能化的程度非常重要。本研究采用简单方法合成了一系列不同粒径、尺寸均匀、形状规则且水溶性良好的AuNPs, AuNPs用羧基／羟基端基PEG二元硫醇SAM包被保护。制备的AuNPs表面含活性羧基,可用于和含氨基的活性分子偶联。分别通过调整HAuCl4/稳定剂的比例和硫醇溶液的组成,实现了AuNPs-PEG的粒径和表面羧基数目的可控。此外,基于UV-vis分光光谱法,发展了一种新的方法用以对AuNP表面配体分子数目进行定量。用具有紫外吸收活性的氨基苯硼酸与AuNPs-PEG表面的羧基偶联,通过测定单个AuNP表面苯硼酸基的数量评估单个AuNP表面配体分子数量。此方法还可用于可控合成其他功能分子衍生化的AuNPs以应用于不同的领域。第六章是AuNPs表面功能化构建化学传感器。采用电沉积技术在丝网印刷碳电极(SPCE)表面原位制备AuNPs,使电极表面纳米化。以氨基苯硫酚(ATP)为功能单体,对氧磷(PO)为模板分子,结合表面分子印迹、纳米印迹和电聚合技术构建了一个分子印迹传感器用于PO的检测分析。设计了一个表面分子自组装导向的策略,使P0分子高密度且有序地在ATP单层修饰的AuNPs/SPCE表面进行表面分子印迹,在ATP单层上形成密集有序的表面印迹位点。随后将电极置于含PO的ATP溶液进行电聚合印迹,PO分子同时被嵌入电聚合PATP膜中,以进一步补充印迹位点。这一表面分子印迹,纳米印迹和电聚合印迹相结合的策略可以在电极表面创造大量的有效识别位点,高效专一地富集PO分子于电极表面,达到灵敏、专一的检测P0的目的。该方法还可用于构建其它分子印迹的传感界面用于不同化合物的分析检测。