在环境污染因素诱导下,肺癌的发病率和死亡率在呈持续走高态势,是严重威胁人类健康的最主要的疾病之一。由于其早期症状不明显,70%的肺癌患者在确诊时已经是局部晚期,失去了手术机会,缺乏有效的治疗手段;而早期诊断的肺癌患者,5年生存率却高达80%。因此,早期诊断对于肺癌患者的生存率至关重要。目前常规肺癌筛查方法具有创伤、费用高等诸多弊端,随着免疫学和分子生物学的不断发展,肿瘤标志物在癌症的普查、诊断、判断预后和转归、评价疗效和随诊等方面占有越来越重要的位置。因而实现肿瘤细胞标志物的灵敏和特异性识别和检测在早期诊断、治疗及研究肿瘤的转移具有重要的临床意义。近年来,纳米荧光及磷光探针因其灵敏性和易于操作等特点已广泛用于生化过程的研究、疾病标志物的诊断和监测及有害化合物的检测。然而,基于荧光探针的大多数体系一直有荧光,这样不仅需要许多洗涤操作,同时易受到背景信号的干扰而产生假阳性;而单一信号检测和单一的靶向识别也易产生假阳性结果,这是因为肿瘤的发生发展不只与一种肿瘤标志物的是否表达有关,通常肿瘤进程与肿瘤细胞内多种特异标志物的表达水平相关。为了解决这些问题,荧光“turn-on”探针、双信号和传感阵列的研究受到了极大的关注。本研究基于量子点构建荧光“turn-on”探针,将功能化量子点探针与荧光成像技术相结合,利用具有特异性识别能力的小分子和核酸适配体的识别功能和量子点特异的光学性质作为传感信号,将量子点本身优越的荧光特性和功能化试剂的特异性识别结合构建具有光稳定性好和特异性强的荧光探针,并应用这种探针实现了肺癌标志物的灵敏性识别和肺癌细胞荧光成像研究,以光学成像信号的差异,有效区分肺癌变细胞、正常细胞及肺癌不同分型细胞其标志物表达量的差异。同时将磷光和共振光散射组成双信号用于肺癌细胞代谢液中ProGRP的定量检测以及构建量子点传感阵列用于肺癌不同分型细胞的识别和区分以获得更准确的检测结果。本研究以肺癌标志物为检测对象,构建定性识别和定量检测的量子点探针,用于肺癌细胞及其代谢液中标志物的荧光成像识别及磷光、荧光及共振光散射和传感阵列分析。有望为肺癌的早期诊断和预后提供重要的科学依据。开展主要研究工作如下:(1)设计合成了以叶酸(FA)为功能化试剂,介孔硅纳米材料包覆的CdTe量子点(CdTe/MSNs)为传感信号的荧光“turn-on”探针,用于肺癌细胞与正常细胞的识别与区分。该荧光探针提供的背景信号干扰少是基于CdTe/MSNs与叶酸结合使其荧光猝灭;而对于叶酸受体(FR)的荧光“turn-on”响应是基于肺癌细胞内外酸性环境的变化和细胞内FR与FA的高亲和力作用,导致CdTe/MSNs从探针中释放出来而使其荧光恢复。对所制备的CdTe/MSNs的形态和表面基团分别通过TEM和IR光谱进行了表征,结果表明,CdTe/MSNs为粒度分布均匀的球形,平均粒径不超过100 nm,介孔材料成功地修饰在量子点的表面。对CdTe/MSNs的吸附性能、选择性、酸稳定性和细胞毒性进行了研究。研究结果显示,由于叶酸含有羧基基团,它可以通过静电作用与量子点和表面功能单体的氨基交联,同时因为不同的分子结构和体积,介孔材料的识别孔腔的匹配作用,CdTe/MSNs对FA有很好的吸附性能和选择性。酸度的影响提供了肿瘤细胞内CdTe/MSNs释放叶酸的条件。介孔硅作为包覆材料,它可以防止有毒成分的释放,大大减少Cd2+诱导的细胞毒性。最后,FA-CdTe/MSNs探针已经应用于肺癌细胞的靶向成像,结果表明,肺癌细胞由于叶酸受体的过度表达通过受体介导内吞作用使CdTe/MSNs进入细胞内,而正常细胞由于FR表达量少而与其区分开来。意味着FA功能化CdTe/MSNs荧光探针可以为早期肺癌诊断提供准确的成像信息。(2)基于透明质酸(HA)与巯基壳聚糖包覆的CdTe QDs非共价自组装的荧光猝灭构建以HA为识别分子的荧光探针。利用透明质酸与非小细胞肺癌转移及预后相关的CD44糖蛋白特异性识别与结合使量子点荧光恢复,将其应用于荧光成像分析,用于肺癌不同分型细胞的识别与区分。进一步研究该探针对不同类型的肺癌细胞的识别作用,采用蛋白质印迹法对比了H1299、H446和H460细胞CD44表达量的差异,发现其在H1299细胞的表达量明显高于H446和H460细胞,实验结果与该荧光探针一致,为非小细胞肺癌的诊断提供一定的参考。(3)利用核酸适配体所具备的靶标高亲和力和高特异性、合成方法简单且重复性好、修饰灵活以及便于长期贮存等诸多优势,构建以核酸适配体为功能化试剂的磷光靶向识别探针Apt-Mn:ZnS QDs,优化了反应条件,将其应用于小细胞癌标志物ProGRP的磷光和共振光散射又信号定量检测。在最优化的条件下,Apt-Mn:ZnS QDs探针对于ProGRP磷光检测线性范围是1.2-30.0 ng·ml-1,检测限(3σ/k)为0.36 ng·ml-1,探针对ProGRP显示出良好的敏感性和抗干扰能力。(4)结合不同类型和尺寸的量子点荧光和磷光光谱研究量子点对不同类型肺癌细胞代谢液的作用,构建新型的荧光及磷光液体阵列传感器。研究了五种肺癌的细胞和一种正常细胞的代谢液与量子点作用后的荧光及磷光强度变化,将原始荧光及磷光响应转换为规范化模式,作为“指纹图谱”。主成分分析(PCA)显示基于不同细胞代谢物的差异,量子点的液体传感阵列可以用于五种不同分型肺癌细胞A549、H1299、H292、H446和H460及正常细胞MCR-5的识别,具有简便、快捷、抗干扰性好的优势。