早期癌症诊断可大大增加癌症患者的治愈率,准确识别癌细胞的方法将提高早期癌症诊断的准确性。越来越多证据表明,细胞表面受体可作为细胞识别的分子标志物。然而,这些细胞表面标志物并非仅仅在一种细胞上表达,这使得准确识别癌症细胞亚型具有挑战性。对于许多缺乏明显的分子标志物的癌细胞,往往需要对其表面的多个标志物进行识别。细胞识别的常用方法是建立在多轮分离抗体标志物基础上的多色免疫荧光染色法,但这种方法有几个缺点,例如,劳动强度大、成本高且无法用于活细胞识别。虽然通过利用抗体或适配体靶向多个膜表面标志物的DNA逻辑分析方法已被证明能够准确和有效地识别特定的癌细胞类型,然而这种方法的鉴别能力仍然受到抗体或适配体类型的限制,只能识别少数的几种细胞。因此,在临床诊断中仍然需要开发快速、准确、高通量的癌细胞鉴别方法。为了应对挑战,并且受哺乳动物嗅觉系统的启发,“化学-鼻子”传感方法为我们同时检测多种癌细胞提供了新的思路。这种传感器上的非特异性传感元件能够对每个分析物产生不同的响应模式。本论文提出将多适体集成的DNA折纸探针（MADO）作为癌细胞模式识别的非特异性传感探针,该探针由核酸适配体、三角形DNA折纸骨架以及荧光基团共同组成。得益于核酸的可编程性和可寻址性,几种能够识别癌细胞表面受体（例如,核仁蛋白、MUC1蛋白、Ep CAM）的适配体（例如AS1411适配体、MUC1适配体、Ep CAM适配体）可以同时组装在DNA折纸结构上。本论文通过控制组装在DNA折纸结构上的适配体的类型和数量,设计并构建了5个与5种类型细胞（包括He La、MDA-MB-468、MCF-7、Hep G2和MCF-10A）具有不同亲和力的MADO探针。这种传感元件具有几个独特性质。首先,由于膜受体的类型以及表达水平不同,MADO探针会与不同的癌细胞发生不同的相互作用。其次,MADO探针和癌细胞之间的相互作用可以通过改变MADO探针上适配体的类型或数目来调节。第三,在DNA折纸上组装多个适配体可以扩大这种非特异性传感元件的识别能力。之后我们将多个集成的MADO探针构建成传感器阵列,该传感器阵列可以针对不同癌细胞类型生成对应的特征指纹。本论文证明,基于五种MADO探针的“化学-鼻子”传感器能够以95.0%的准确率实现未知细胞样本的识别,是简单、高精度识别癌细胞的强大工具。进一步研究中,本论文寻求用最少数量的MADO探针组合来对细胞群进行准确鉴定。在此过程中,探针间的欧氏距离被用于衡量两个MADO探针对细胞类型分类贡献的相似性,最终仅需三种探针即可以95%的准确率识别所有细胞。基于MADO的传感平台不仅是精确区分五种特定细胞的强大工具,同时也为无标记肿瘤细胞识别打开了新的途径,在医学诊断中具有广阔的应用前景。