癌症(恶性肿瘤),是威胁人类健康的主要疾病之一。近年来,随着生存环境的恶化,癌症的发病率急剧增加。早期发现并及时治疗是治疗癌症的关键。虽然近年来治疗方法和药物的研发不断地革新,但是目前最有效的治疗方法依然是手术、化疗和放疗等传统的方法。尤其是化疗,被认为是最有希望治愈癌症的方法。但是,传统的化疗由于药物靶向输送效果差和肿瘤的耐药性导致强烈的毒副作用,对机体损害严重,很难达到预期的治疗效果。因此,设计生物相容性好,稳定性高,靶向性好,易于修饰的纳米药物载体成为目前癌症研究的热点,通过把抗癌药物跟输送载体结合,对癌症的早期诊断和治疗有着重要的意义。近年来,多功能的纳米材料因其在癌症的诊断治疗中集安全,多功能治疗和成像功能于一身而引起人们的广泛关注。金纳米材料是研究较为成熟的一类纳米材料,具有良好的光热学特性,在生物传感,光热医疗,免疫分析,体内成像中应用广泛。碳纳米材料作为一种常见的纳米材料,具有较大的比表面积、良好的生物相容性、较强的吸附能力、较多的表面功能基团、制备工艺简单等优点。核壳结构的纳米复合材料是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包裹起来形成的纳米尺度的有序组装结构。外壳的包裹能够有效地改变内核的官能团、表面电荷和反应特性,提高内核的稳定性与分散性使核壳结构的纳米复合材料成为药物输送、基因治疗以及医学成像等领域的理想载体。本论文分别利用水热法和化学气相沉积法(CVD)合成了金纳米棒@碳纳米囊(AuNR@Carbons)和金纳米棒@石墨烯纳米囊(AuNR@Graphenes)两种核壳结构的纳米复合材料,利用多种分析测试手段对这些纳米材料的微观结构进行了表征并开发其在生物检测和癌症诊断治疗上的应用。主要内容如下:(1)具有核壳结构的AuNR@Carbons和AuNR@Graphenes的合成与表征。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板通过种子生长法合成了长径比为3.5左右的金纳米棒,利用水热法和CVD法在金纳米棒的表面形成了介孔碳纳米层和石墨烯层,使其具有了一些独特的性质。借助于扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱、紫外光谱、激光拉曼光谱等手段对研究产物进行了结构表征。结果表明,合成的AuNR@Carbons和AuNR@Graphenes在癌细胞成像和靶向药物治疗方面具有潜在的应用。(2)AuNR@Carbons在癌细胞成像方面的应用。AuNR@Carbons具有荧光性质,其最大激发波长在405 nm左右。荧光性质的来源可能是在葡萄糖水热法碳化过程中,导致大的共轭芳香结构的形成。所以AuNR@Carbons可以用于癌细胞的荧光成像。通过增加介孔碳纳米层的厚度可以有效地降低金纳米棒对荧光的猝灭作用。同时,由于金纳米棒具有独特的双光子荧光性质,AuNR@Carbons可以用于癌细胞的双光子荧光成像。(3)AuNR@Carbons在癌症治疗方面的应用。第一,AuNR@Carbons具有大的比表面积能够通过π-π堆积或静电作用负载抗癌药物阿霉素(DOX),作为药物运输的载体,进入癌细胞中,通过激光照射,释放药物,从而对癌细胞进行化疗治疗。第二,金纳米棒又具有可调节的局部表面等离子共振效应(LSPR)和光辅热效应,在通过激光照射释放药物的同时又可以对癌细胞进行热疗治疗。化疗跟热疗相结合,能够达到更好的治疗效果。第三,AuNR@Carbons和DOX具有不同的荧光性质,利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)在细胞体内可以同时定位载体和药物,从而对载体和药物进行实时监测。第四,为了实现药物的靶向运输,把能够特异性识别肿瘤细胞表面过度表达核仁素的核酸适配体(AS1411)连接到AuNR@Carbon-DOX的表面,可以提高纳米颗粒的吞噬效率,从而达到靶向治疗癌症的作用。