脑内相关疾病例如脑胶质瘤、阿尔兹海默症、帕金森、抑郁症等是目前各个领域研究的热点问题。脑胶质瘤是中枢神经系统中常见的肿瘤,表现出易复发、高侵袭性等特点。阿尔兹海默症俗称老年痴呆症,临床表现多为记忆、认知障碍,失语等,发病原因目前尚不明确。这些脑内相关疾病普遍缺乏早期诊断手段、好的治疗方法等问题,导致患者的中位生存期普遍较短,因此迫切需要开发早期诊断脑内相关疾病的分析方法。脑疾病相关的生物分子标志物可以通过简单、无创的方法进行识别,有利于识别癌症风险,帮助早期诊断,准确分级等。目前关于生物分子标志物的分析方法有荧光法、电化学发光法、电化学法等,这些方法具有分辨率高,灵敏度高等优点,但容易受自发荧光干扰,无法原位、无损的进行细胞成像。表面增强拉曼散射（SERS）作为一种强大的光谱检测技术,具有灵敏度高、可原位实时检测等优点,能够快速实现对小分子、蛋白等物质变化的动态监测。与贵金属基底相比,半导体材料在分子选择性、生物相容性、抗干扰能力等方面具有优势,这使得基于半导体的SERS基底被广泛应用于生物分子的识别和传感。本论文根据上面的论述,展开了深入的研究。首先,在第二章中我们构建了一种基于半导体石墨氮化碳（g-C3N4）的比率型SERS探针（Rh B-PLGM@CN）,用于检测基质金属蛋白酶-9（MMP-9）（一种与脑胶质瘤侵袭相关的蛋白酶）,并进一步应用于活细胞中MMP-9的成像和生物传感。其中,g-C3N4纳米片起着双重作用。一方面,g-C3N4可以作为SERS基底材料,对拉曼信号分子罗丹明B（Rh B）具有高达2.0×10~6的增强因子,因此在MMP-9的检测中显示出良好的线性,检测限低至0.035 pg/m L。另一方面,g-C3N4纳米片也被用作光敏剂,进而产生光动力学效应。基于探针对MMP-9高灵敏度和高选择性的SERS光谱分析和成像,我们还发现光动力学治疗（PDT）能够通过下调MMP-9来抑制脑胶质瘤细胞的侵袭。在前一课题研究的基础上,我们开发了一种基于二维MXenes材料的SERS探针用于检测S100β蛋白,并进一步应用于活细胞中的S100β生物传感。阿尔兹海默症在老年人中发病率较高,临床上还没有好的治疗手段,S100β蛋白含量与阿尔兹海默症密切相关,其在神经炎斑块中水平升高。S100β蛋白在生物体的含量相较于MMP-9更低,因此在SERS检测中,基底材料的选择非常重要。MXenes是一种典型的二维半导体纳米材料,具有类金属导电性、可调电子结构、高载流子迁移率等优点,使得作为拉曼信号分子的S100β蛋白特异性有机配体具有高达2.7×10~8的增强因子。最终利用我们构建的SERS探针,实现了对S100β高灵敏度、高选择性、高准确性的检测和拉曼成像,线性范围为10 n M～10μM,检测限为3 n M。