癌症严重危害着人类的健康,因此癌症的早期诊断和有效治疗一直是医学、生物学等相关学科和领域广泛关注的研究重点和难点。癌症综合治疗的主要手段是化疗,但在临床应用时常常引起严重的毒副作用,其治疗效果并不是很好。为了提高癌症的治疗效果,不仅需要对病变的癌细胞进行高效、准确的检测,以提高化疗药物对病变组织的靶向性,同时还需要有效地解决在化疗过程中药物产生耐药性这一难题。大量临床事实证明,癌变初期的治愈率是相当高的,因此有效治疗癌症的关键是对癌症的早期诊断以及寻找高靶向性抗肿瘤药物。 纳米材料由于具有普通块材所没有的特殊效应,使其在生物医学等领域有着非常广阔的应用前景。近年来,利用纳米材料和纳米技术,并将纳米生物传感器与生化检测技术相结合,进行癌症的早期诊断与靶向治疗的研究,是目前相关生物技术领域中的研究前沿。鉴于此,本论文探讨和研究了某些功能纳米材料在生物分子识别及癌细胞高灵敏检测中的应用。 本论文的工作分为如下三个部分： 首先采用荧光和紫外吸收光谱、电分析化学和原子力显微镜(AFM)等方法,研究了表面功能化的Fe3O4磁性纳米粒子在抗癌药物柔红霉素生物分子识别中的作用。研究结果表明,Fe3O4磁性纳米粒子不仅可以提高柔红霉素生物分子的检测灵敏度,而且还显著增强了柔红霉素与DNA相互作用的强度,促进了药物分子的识别作用。同时,我们还对金纳米粒子和表面带有三苯基膦的金纳米粒子在抗癌药物生物分子识别中的作用进行了研究和探讨。研究结果显示,两种金纳米粒子都可以显著提高相关生物分子识别的检测灵敏度,并增强抗癌药物柔红霉素与DNA的相互作用。 在此基础上,进一步探讨和研究了功能纳米材料在癌细胞识别和高灵敏检测中的应用。聚乳酸(PLA)纳米纤维由于无毒、可降解和回收,在生物分子识别、药物传输和临床的诊断治疗中有着广泛的应用前景。本工作中,我们采用静电纺丝技术制得PLA纳米纤维,然后用电化学方法将PLA纳米纤维修饰在玻碳电极上制备了PLA纳米纤维电化学生物传感器。我们的AFM和电化学研究结果表明,所制得的生物传感器表面积显著增大,可以明显放大电化学信号,提高相关检测灵敏度。基于此电化学生物传感器,以柔红霉素为探针,利用脉冲伏安法、接触角以及现场电化学接触角等方法对白血病敏感细胞和白血病耐药细胞进行检测和识别。实验研究结果表明,白血病敏感细胞和耐药细胞在基于PLA纳米纤维的生物传感器上的检测信号具有显著差异。因此,基于PLA纳米纤维的生物传感器可以对相关癌细胞进行快速、准确的检测,为白血病的早期诊断和治疗提供了可靠的依据。与此同时,我们进一步制备和研究了基于功能金纳米粒子的生物传感器极其对癌细胞的识别与检测。通过配基交换反应制备获得巯基丙酸外壳的金纳米粒子之后,利用共价偶联作用获得金纳米粒子修饰的电极表面。同样,我们用AFM和[Fe(CN)6]3-对制得的修饰电极进行表征和分析。研究结果表明,基于功能金纳米粒子的生物传感器显著放大了电化学信号,极大地提高了检测灵敏度。基于此纳米生物传感器,联用了接触角和电化学两种方法对肝癌、肺癌、白血病敏感和白血病耐药四种细胞进行检测。研究表明,该方法可以快速、准确检测以上四种癌细胞,以白血病敏感细胞为例,对细胞作了定量分析,其检测限可达到～1.0×103cells mL-1。这些研究结果说明我们所提出的方法在癌症的早期诊断和治疗过程的监控等方面具有重要的应用前景。