端粒酶是一种逆转录核糖核蛋白酶,可以催化合成端粒重复序列,维持基因组稳定性和细胞活力。正常体细胞几乎不表达端粒酶,而85%以上的癌细胞会激活端粒酶,使癌细胞保持无限增殖的能力。端粒酶作为一种重要的肿瘤标志物,发展快速灵敏检测其活性的方法有助于癌症诊断和抗癌药物筛选,设计端粒酶活性响应的治疗方法能提高癌症治疗的特异性。近年来,DNA纳米探针以其可编程性、易于修饰和刺激响应性吸引了越来越多的研究关注。本论文结合端粒酶的生物功能和DNA纳米探针的特点,分别设计了一种端粒酶激活的DNA walker用于端粒酶活性检测和端粒酶激活的DNA复合纳米探针用于癌症诊疗。具体工作如下:（1）设计了一种端粒酶激活的三维DNA walker并将其用于端粒酶活性检测。此DNA walker以金纳米粒子作为三维支架,在其上连接了一个二组分的DNA超茎环结构和轨道链。DNA超茎环结构包括了摆臂链和作为端粒酶识别元素的端粒酶引物链。通过端粒酶对其引物链的识别和延长,诱导DNA超茎环结构发生链取代反应,激活DNA walker的摆臂链。进而摆臂链能与轨道链结合,形成限制性核酸内切酶的识别切割位点,经酶切后释放出修饰了荧光分子的轨道链片段。同时摆臂链能继续与周围轨道链结合,经过酶切-释放-结合的循环过程,放大荧光信号。我们将这种DNA walker用于多种类型的癌细胞裂解液中进行端粒酶活性检测,检测限可达到90 cellsμL^-1,证明了该DNA walker能够高灵敏高特异性地检测端粒酶活性。本工作不仅展示了新颖的端粒酶激活型DNA walker的构建方法,也为DNA纳米机器在生物传感中的应用提供了新思路。（2）构建了能对肿瘤微环境级联响应的DNA复合纳米探针并将其用于癌症治疗。该复合纳米探针具有三层结构,从里到外分别是端粒酶响应的功能化金纳米粒子（f Au）、酸性响应的金属有机骨架和过氧化氢响应的金属多酚配合物。在肿瘤微环境中,金属多酚配合物会与过氧化氢反应,生成高度活泼的羟基自由基,同时释放出来的一种绿茶茶多酚EGCG能够下调药物外排泵蛋白的表达。中间层金属有机骨架在酸性条件下会发生裂解,暴露f Au。端粒酶会识别并延长f Au上的DNA引物链,引发DNA链取代反应,释放出化疗药物。此复合探针可高效诱导细胞凋亡,激活caspase-3酶,并切割f Au上的底物肽,恢复原先被猝灭的荧光,实现对疗效的实时监控。实验表明这种能对肿瘤微环境级联响应的药物释放策略可以实现癌细胞的靶向给药,且结合化学动力学治疗和绿茶茶多酚抑制药物外流的功能,对耐药性癌细胞也有很好的治疗效果。此工作展现了肿瘤微环境级联响应和端粒酶激活药物释放的策略在肿瘤靶向给药和复合疗法方面的巨大潜力。