液态活检(liquid biopsy)作为个性化医疗的一个部分,只需要取患者少量的血液、唾液、尿液等样本来进行疾病的检测与诊断。特别是循环肿瘤细胞(circulatingtumor cells,CTCs))能提供完整的细胞信息,在肿瘤的早期检测与预后具有重要的临床应用。相对于传统的活体组织检查需要从患者体内切取、钳取或穿刺等取出病变组织,液态活检大大减轻了患者的痛楚,也能对疾病进行实时检测。疾病诊断与治疗的快速发展使得建立高效的检测及治疗技术越来越重要。医学检测领域的发展越来越依赖于了解分子起因,影响及疾病特征。个性化医疗专注于高度特异性的疾病亚态,特别是与疾病有关的分子起源与特征。放疗、化疗等传统的癌症治疗方法虽然能杀死部分肿瘤组织,但具有很强的副作用,对机体正常的组织细胞也会产生影响。为了解决现有CTCs捕获、分子检测及癌症治疗方法的不足与问题,本文利用微流控技术与纳米材料技术,研发了电化学芯片用于高效率捕获与释放CTCs,聚多巴胺包覆的纳米探针用于活细胞分子检测,近红外NIR杀伤癌细胞及药物输送。主要研究结果如下:(1)建立了一种新型电化学芯片用于高效率捕获、释放与裂解CTCs。该芯片由约25000个类似于仙人掌形状的微柱组成。微柱由传统的软光刻制备,然后在其上用化学方法沉积一层具有拓扑结构的金层,使得整个装置导电。该芯片在缓冲液和全血中对多种细胞系的捕获效率超过85%,捕获后的细胞可以直接在芯片内用电化学的方法释放和裂解,无需其他的生物化学试剂的处理,减少了细胞丢失的可能。本装置的捕获与释放对细胞活性影响很小(细胞活性>95%),释放的细胞可进一步用于培养。装置裂解与释放的细胞可用逆转录PCR(Revierse transcription polymerase chain reaction,RT-PCR)或测序来检测基因突变。我们进一步用该装置进行非小细胞肺癌细胞的CTCs捕获。该装置制作简单、便宜,高效,在CTCs的捕获研究中有重要的应用价值。(2)建立了一种长时microRNA成像的纳米探针:GNR@PDA。该探针由金纳米棒与聚多巴胺层组成。金纳米棒与聚多巴胺(PDA)都有荧光淬灭的功能,两者可共淬灭荧光探针分子hpDNA。GNR@PDA-hpDNA纳米探针进入细胞后,与靶标分子结合,探针分子hpDNA脱离GNR@PDA,然后发出荧光。该纳米探针具有很好的生物相容性和稳定性,能对细胞内的生物分子进行长时间的荧光成像。(3)设计了一种活细胞内分子成像与光热治疗的纳米探针:AgNTs/PDA。该探针由三角形纳米银棱柱核与PDA壳组成。PDA的荧光淬灭及恢复能力可用来进行细胞内的分子成像。我们对AgNTs/PDA的形貌、Zeta电势、细胞毒性等进行了评价。合成的AgNTs/PDA纳米探针在近红外光区具有吸收,可直接用来进行近红外杀伤癌细胞。(4)设计了一种能进行细胞内分子检测,光热治疗,载药及MRI成像的多功能纳米探针。探针由介孔二氧化硅包覆的Fe304及PDA纳米壳组成。PDA的包覆使介孔二氧化硅包覆的Fe304最终形成具有微孔的磁性氧化硅纳米颗粒MNP@PDA。PDA使得该探针能进行活细胞内的多种分子同时成像及近红外治疗。微孔使得该探针能用于高效载药,内部的Fe304可用于MRI成像。该探针具有多种功能,在生物医学领域具有潜在的应用价值。综上所述,本文针对现有CTCs捕获装置的不足,在第二章中设计了一种新型电化学芯片用于高效率捕获、释放与裂解CTCs,该装置制作简单、便宜,高效,在CTCs的捕获研究中有重要的应用价值。在后几章中,我们设计了一系利用聚多巴胺PDA包覆的纳米探针,用于活细胞内的分子成像,载药,光热治疗及MRI成像。这些多功能的纳米探针在肿瘤的诊断治疗的应用方面具有重要前景。