癌症是威胁人类生命的重大疾病,癌症的治愈率与癌症的临床分期具有较大的关联性,研究表明,早期癌症的治愈率可达80%以上。然而,目前的常规诊断方法对肿瘤标志物检测的特异性和灵敏度较低,很难实现肿瘤的早期诊断,从而错过最佳治疗时机。其次,在肿瘤药物治疗中,普遍存在药物靶向性差,毒副作用大的问题。因此,如何实现肿瘤标志物灵敏且特异的检测及药物的靶向输送和可控释放是癌症诊断和治疗研究中最为重要的两个方面。成像技术的高速发展和纳米材料的广泛应用为上述关键问题的解决提供了新的思路与契机。纳米材料,因其具有大的比表面积、良好的生物相容性、强的负载量及高稳定性等优异特性,被广泛地应用于生物传感、生命分析、生物成像及靶向治疗等领域。基于此,本论文将性能独特的纳米材料和高灵敏的成像技术相结合,构建了2个成本低、灵敏度高、及靶向性强的新型生化检测分析体系和1个多功能的药物输送系统,主要研究内容如下:1.芯片在线肿瘤细胞捕获及单细胞内survivin mRNA的超灵敏荧光检测将淬灭率高、背景信号低及稳定性好的纳米级氧化石墨烯与微流控技术相结合,构建了一种集细胞选择性捕获和细胞内survivin mRNA检测于一体的新型检测平台,并成功实现了肿瘤细胞的特异性捕获及胞内mRNA的高灵敏检测。相较于传统的肿瘤标志物检测的方法,此方法大大降低了单一标志物检测引起的假阳性的可能,具有良好的选择性和灵敏度。基于NGO-PEG/F-S1复合物可诱导目标肿瘤细胞早期凋亡的优势,该方法不仅为肿瘤细胞捕获及其标志物的细胞内检测提供了新的途径,并且有望为早期癌症的筛选、诊断和治疗带来新的研究前景。2.功能化隐形探针用于细胞内mRNA单分子水平上的成像分析基于金纳米粒子的暗场等离子散射原理,我们构建了一种在单分子水平上监测细胞内mRNA的新方法。用散射光微弱至难以观测到的小尺寸金纳米粒子作为隐形探针构建零背景的检测环境。目标物-survivin mRNA与两个探针上的捕获DNA杂交形成Y型的DNA双链,使得两个探针形成具有强烈耦合作用的二聚体,产生强烈的共振散射信号。采用光谱仪检测目标物与探针作用产生的散射光谱信号,结合暗场显微镜监测隐形单体探针转变成可见二聚体的过程即贵金属散射信号由无到有的产生过程,不仅能够实现目标物高灵敏、特异性的检测,更能对细胞内生物分子进行单分子层面上的成像分析。3.基于功能化介孔材料构建的可控药物释放及实时监测体系我们构建了一种新颖的基于内部目标物识别-响应调控及实时监测药物释放的介孔二氧化硅输送体系。基于肿瘤标志物-survivin mRNA的特殊性,其作为内部刺激因素能够更为精准的调控药物的释放位点并在最大程度上缓解药物对正常组织的毒副作用,并且可以依据肿瘤细胞的实时状态调控细胞内药物的释放量。此外,用具有FRET的荧光基团标记的DNA构建生物分子门“封锁”载体孔道,可以实现药物释放过程的动态监测,为研究药物用量与治疗效果之间的关系提供了新的途径。因此,此药物释放体系为肿瘤细胞中药物释放及监测提供了新的思路,并有望应用于癌症治疗中药物调控释放的研究。