恶性肿瘤又称作癌症,是当今严重威胁人类健康的最主要疾病之一,与心脑血管病、糖尿病并称为二十一世纪威胁人类健康的三大杀手。近年来癌症的发病率越来越高,日常预防、尽早发现、及时治疗是防治癌症的关键。故发展针对肿瘤细胞和肿瘤组织的癌症早期检测方法一直是医学、生物学等相关学科和领域广泛关注的研究重点和难点之一。诞生于上世纪80年代末的纳米技术已经引起了许多领域的变革,并以其独特的性能,在化学、生物、医学等诸多领域得以应用,为生物分子相互作用的机理研究、人类疾病机理研究、肿瘤的早期诊断及治疗等提供了新的技术和方法。其中,将基于纳米材料的生物传感器用于肿瘤的早期检测正是当前研究人员关注的热点之一金纳米粒子具有良好的生物相容性,通过对其表面进行功能化,可形成具有特殊功能的金纳米粒子探针分子。另外,金纳米粒子在紫外-可见区出现的表面等离子体共振吸收峰随金纳米粒子形状、粒子间距离、溶液介电常数及温度等因素的变化而变化,进而导致纳米金胶溶液的颜色变化。目前基于金纳米粒子这种性质的比色法已广泛应用于生物分子的检测。氧化石墨烯(GO)是一种由平面单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体,其表面带有大量含氧功能团,水溶性良好。另外GO的生物相容性非常好,同时GO具有独特的电子结构性能,是一种高效的、普适性的荧光淬灭材料。利用GO优良的荧光淬灭性能构建的荧光共振能量转移(FRET)型生物传感器已广泛用于检测各种生物分子。基于此,本论文构建了两种基于纳米材料的生物传感器。一种是核酸适体型纳米金生物传感器,我们将该传感器与特异性识别T-cell人急性白血病细胞的发卡型核酸适体相结合,在循环酶切信号放大策略的辅助下,首次构建了细胞诱导的循环酶切信号放大比色法,并将其用于肿瘤细胞的可视化、高灵敏检测。另一种是多肽-氧化石墨烯FRET型生物传感器,该传感器可实现肿瘤细胞中早期肿瘤预警指标Cyclin A2蛋白的可视化检测。论文主要内容如下：第一章 绪论首先,介绍了肿瘤的研究背景和肿瘤的诊断方法；其次,系统阐述了基于纳米材料的生物传感器在生物分析中的应用,并着重阐述了金纳米粒子和氧化石墨烯的制备、生物功能化、性质及其在生物分析中的应用；最后,提出了本论文的研究目的和研究意义。第二章 基于细胞诱导的循环酶切信号放大比色法检测肿瘤细胞的研究在本章工作中,我们构建了细胞诱导的循环酶切信号放大比色法,并将其应用于肿瘤细胞的检测。首先,采用一步还原法合成了13 nm金粒子,并采用配体交换法将巯基DNA修饰到金纳米粒子表面；其次,设计能特异性识别T-cell人急性白血病细胞(CCRF-CEM)的发卡型核酸适体。当目标细胞不存在时,发卡型核酸适体和连接DNA可稳定共存于溶液中,加入两种巯基DNA修饰的金纳米粒子后,连接DNA可使两种金纳米粒子发生团聚,溶液颜色由红变紫变化；当目标细胞存在时,发卡型核酸适体构型发生变化,并与连接DNA杂交,形成核酸内切酶的识别位点,连接DNA被酶切为两段碎片后与核酸适体分离,后者可与新的连接DNA杂交、酶切,从而形成循环酶切信号放大过程,最终,连接DNA碎片不再使两种金纳米粒子发生团聚,溶液保持红色。该方法具有较高的信号放大效率,当CCRF-CEM田胞个数在100至10000范围内,可得到良好的线性响应,检测限可达40个细胞,比未经信号放大的比色法低近20倍。该方法简单、灵敏,可用于肿瘤细胞的可视化、高灵敏检测。第三章多肽-氧化石墨烯FRET型生物传感器用于肿瘤细胞中CyclinA2蛋白的可视化检测在本章中,我们利用横向尺寸在纳米级的nano-GO荧光淬灭性能好及其吸附多肽探针的性质,构建了一种多肽-氧化石墨烯FRET型生物传感器,并将其应用于肿瘤细胞中CyclinA2蛋白的可视化检测。首先,利用Hummers方法,在超声辅助下,制备了水溶性良好、横向尺寸在纳米级的nano-GO;其次,通过CCK-8实验证实了nano-GO良好的生物相容性；最后,利用绿色荧光基团FAM修饰能特异性识别CyclinA2蛋白的多肽探针p1,该探针可与nano-GO通过π-π作用、静电作用等形成稳定的FAM-p1/nano-GO复合物。p1探针和nano-GO之间发生FRET,可有效地降低背景荧光信号。当引入目标蛋白时,目标蛋白与多肽探针之间特异性结合,使p1远离nano-GO表面,从而使得被淬灭的荧光得到恢复。该方法的灵敏度高、选择性好,在均相溶液中可得到良好的线性响应,检测限可达0.16 nM,优于Tb3+螯合目标蛋白CyclinA2的0.6μM的检测限。将复合物探针分子与肿瘤细胞孵育,当其进入细胞后,细胞内的目标蛋白与多肽探针之间特异性结合,使p1远离nano-GO表面,荧光亦恢复,利用激光共聚焦技术可实现肿瘤细胞中Cyclin A2蛋白的可视化检测。