纳米分析化学研究主要运用纳米技术与传统分析技术的理论基础，建立可靠的分析测量方法，以生命体作为研究对象，开展细胞、亚细胞、分子、原子等层次水平的研究，对生命体中生物分子的存在、含量及其演变或代谢过程进行灵敏分析和精准测量。

纳米分析化学的兴起最初源自纳米技术的发展。诺贝尔奖获得者、美国物理学家R.P.费曼在20世纪60年代就曾预言：如果对物体微小规模上的排列加以控制的话，就能使物体得到大量异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的这种材料就是现在的纳米材料。20世纪70年代，科学家便开始提出了关于纳米技术的构想，并于20世纪80年代末90年代初发展纳米技术学科。由于纳米尺寸的物质具有奇特的物理化学性质以及诱人的应用前景，纳米科技已成为21世纪科学与技术研究的前沿和重要的方向之一。另外，分析化学是关于研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门科学，是化学的一个重要分支学科。随着微电子技术、计算机技术、数理统计方法的引入，仪器分析已成为现代分析化学的重要组成部分。利用纳米材料所特有的物理化学性质，借助现代仪器分析手段，将纳米材料的光学、电学、力学、磁学信号用于被分析物的检测分析，从而形成纳米分析化学研究领域。

纳米分析化学研究主要涉及环境、食品、生物医学等分析检测领域，而随着人们对生命科学和生物医学研究关注度的提升，生物分析已成为纳米分析化学的主要研究方向（见图）。纳米材料有助于在纳米尺度上探知生物分子，以此获取更多的生命信息。综合各学科而发展起来的各种新型纳米材料如纳米颗粒、量子点及碳纳米管等，已经在生物样品的超灵敏检测、疾病的早期诊断、基因与药物的靶向输送、生物分离、生物医学成像等诸多方面取得较为理想的研究成果。

纳米分析化学相关研究框图

依据纳米材料所具备的特殊性能，结合相应的分析检测手段，将纳米分析化学研究分为以下几个领域：

纳米颗粒尺寸下降到一定程度时，由于量子尺寸效应，其电子能级会由准连续变为离散状态，由此产生特殊的光学性质。量子点、贵金属纳米簇、上转换纳米材料等具有良好的发光性能，通过生物分子的功能化，可实现对DNA、RNA、蛋白质、生物小分子的识别检测，同时可以利用发光纳米材料良好的生物相容性实施活细胞成像和原位组织分析。

将具有良好导电性和生物相容性的碳基纳米材料、金属纳米材料用于电极修饰，同时借助电化学活性纳米材料构建纳米探针，通过识别分子的组装实现电极与待测物的相互作用，利用电位、电流、电导、电阻等电信号变化反映待测物的定量信息。

在电位扫描过程中，电子和空穴可以通过电氧化还原过程注入量子点的表面或中心能级带，再经过离子猝灭型或共反应体系型两种机理产生电致化学发光辐射。利用半导体纳米材料、贵金属纳米簇等纳米材料所特有的电致化学发光性质构建电致化学发光分析平台，通过电极组装和探针设计，将待测物的定量信息用电致化学发光信号予以体现。

具有光电活性的纳米材料主要以无机半导体材料为代表，该类材料在光照作用下因吸收光子而使电子受激发产生电荷转移，从而实现光能向电能的转化。利用光照条件下纳米材料产生的光电化学过程，可设计得到电位型和电流型光电化学分析体系，进而实施酶传感、免疫传感、DNA传感以及细胞传感等应用研究。

与传统的色谱分离材料相比，纳米材料可以在纳米维度针对分离需求进行构筑，其具有的巨大的比表面也为生物分子的分离提供了丰富的结合位点。通过形貌调控、表面修饰和功能复合，构筑具有生物分子亲和能力的纳米材料，可在复杂生物样品中实现对多肽、蛋白、核酸、生物小分子实施选择性分离和富集。

利用纳米硅球、量子点、金属纳米颗粒、碳基材料等特有的光学、磁学、光热性能，研制出用于癌细胞成像的多功能纳米探针和药物载体。通过形貌调控、表面修饰、药物负载构筑靶向纳米药物载体，同时利用复合载体的光、电、磁学性能，实现药物释放过程的监控和协同治疗。随着纳米科学的发展和人们对纳米材料性能的探究，研究者们还借助纳米材料的光谱学、磁学、光热性能发展出表面等离子体共振分析、表面增强拉曼光谱分析、磁共振成像分析、光声成像分析等研究分支，为纳米分析化学研究开辟了新的方向。