恶性肿瘤的发病率逐年增加,现已成为全球各国主要的卫生问题之一。癌症高发的重要原因在于缺乏癌症“三早”防治意识和缺少癌症“早筛”技术。根据资料显示,约80%的肿瘤是由化学性致癌因素引起的,而黄曲霉毒素B₁则是已知的致癌性最强的化学物质,通过对其含量检测可有效地预防癌症的发生。癌症生物标志物是由肿瘤细胞或人体组织响应于癌症而产生的“生物学”分子,并被作为客观地评估体内癌症发生与发展过程的指示物,用于肿瘤早期诊断和监测治疗效果。为降低癌症发病率和死亡率,以及促进癌症诊疗从传统的“普适型”的策略演变为新的“个体化”治疗,人们迫切需要可靠、稳健、准确和有效的致癌毒素和癌症标志物检测技术。然而,尽管当前肿瘤生物学研究以及高强度技术方面取得了令人瞩目的进展,但相关检测技术从实验室到临床实际应用依旧道阻且长。电化学生物传感器是一种联合多学科开发的检测手段,是将电化学分析系统的高灵敏性和生物识别系统的高特异性完美结合并研制的新型检测平台。其中电化学免疫传感器因其具有高特异性和高普适性等优点,近年来成为了学者们研究的热点,并成功应用于临床医学、自然环境、食品卫生分析等相关领域。本论文以构建检测致癌毒素和肿瘤相关标志物的电化学免疫传感器为研究目标,联用生化检测、分析化学、材料合成技术以及光电信号检测等多种技术手段,研制了三种新型高性能电化学免疫传感器并实现了对不同目标物（如日常食物中致肝癌性霉菌毒素,人体血清样品中原发性肝癌标志物和肿瘤转移的标志物循环肿瘤细胞）的分析检测。该方法可提供一个集个性化干预、癌症早期诊断和监测癌症治疗效果的新检测技术,涵盖了从肿瘤的致病诱因到肿瘤的早期出现,乃至肿瘤发生转移的实时监测,能够对肿瘤的发生及发展的全过程进行综合评估分析,以期对肿瘤的预防和诊治提供全方位的技术支持,减轻社会及患者的负担。同时,随着高性能电化学免疫传感器的快速发展与普及,该检测技术及其便携式检测系统有望为临床医药分析和环境卫生安全等领域提供快速高灵敏的技术支持和引导未来发展方向。本论文主要的研究工作如下:1.基于纳米抗体的直接免疫法测定小分子目标物的应用研究本研究结合纳米抗体对小分子目标物高亲和力、高稳定性的特性和碳纳米材料具有优异导电性、高比表面积的优势开发了一种简便和灵敏的直接免疫法并用于测定小分子目标物的浓度。由于小分子目标物的分子量过小,传统的单克隆抗体（mAb,生物大分子）很难对其通过直接免疫分析法进行分析,小分子化合物的免疫分析通常采用间接检测法,即利用一种竞争性抗原与目标抗原同时与mAb竞争结合而进行分析。然而,该方法具有诸多缺点,如多发交互反应、操作步骤繁琐和灵敏度较差。为解决上述问题,本工作提出利用纳米抗体分子小、特异性强、不易团聚,以及高热稳定性、高有机溶剂耐受性等特点,同时以氧化石墨烯（GO）-普鲁士蓝（PB）-PTCNH₂纳米复合材料作为电化学氧化还原探针成功开发了一种基于纳米抗体的快速简便和灵敏的直接免疫检测法。以检测黄曲霉毒素AFB₁为例,在最佳测定条件下,本文研发的免疫传感器呈现了良好检测性能。该方法对黄曲霉毒素B₁的线性检测范围为0.01-100 ng/mL,检出限为3.3 pg/mL（S/N=3）。与基于mAb制备的免疫传感器相比,通过纳米抗体和碳纳米材料协同偶联制备的免疫传感器具有更宽的线性范围和更高的灵敏度。与此同时,与传统检测手段如ELISA方法相比,该传感器可实现现场快速高效检测,并且可扩展到检测其他小分子的直接免疫传感系统的开发,具有广阔的商业应用前景。2.基于CdTe/SiO₂纳米复合材料的电化学发光传感器构建及其应用研究本研究探讨了基于CdTe量子点复合材料的电化学发光（ECL）性能和细胞毒性,及其ECL免疫分析应用。首先,合成了两种不同的CdTe/SiO₂纳米复合材料,即SiO₂包裹的CdTe（SiO₂@CdTe）和CdTe包裹的SiO₂（CdTe@SiO₂）。然后,比较研究了两种纳米复合材料的ECL性能和体外细胞毒性,探讨了其在ECL免疫测定中的可能应用。本研究中采用CCK-8测定法评估SiO₂@CdTe和CdTe@SiO₂纳米材料对L02细胞的细胞毒性,并通过SiO₂@CdTe和CdTe@SiO₂分别标记抗体来研究其ECL性能。实验结果表明纳米复合材料CdTe@SiO₂比SiO₂@CdTe具有更低的细胞毒性和更优的ECL性能,因而选择CdTe@SiO₂作为ECL探针用于构建新型ECL免疫传感器。以肿瘤标志物甲胎蛋白（AFP）检测为例,基于CdTe@SiO₂作为ECL标记探针所构建的新型ECL免疫传感器具有较宽的检测范围（1.0 pg/mL-100 ng/mL）和较低的检测限（LOD=0.22 pg/mL,S/N=3）。此外,本实验所制备的ECL免疫传感器已成功应用于实际血清样品中AFP的检测并表现出令人满意的重复性和优异的稳定性和选择性,可为未来基于CdTe的纳米材料在临床诊断中的生物分析应用提供理论和实践基础。3.基于WS₂ QDs新型共反应剂的电化学发光传感器及其应用研究本研究提出了一种新型的Ru（bpy）₃²⁺电化学发光的有效共反应剂,即WS₂量子点,并基于此构建了一种新型电化学发光传感器用于循环肿瘤细胞（CTCs）的高灵敏检测。本实验利用水热法制备了WS₂量子点,并初步探讨了其作为Ru（bpy）₃²⁺发光体的共反应剂时可能的ECL反应机理,当WS₂ QDs存在时,Ru（bpy）₃²⁺的ECL大大增强,且发光波长未发生变化,进一步证实了WS₂ QDs的共反应剂作用。同时,本研究成功构建了基于新型Ru（bpy）₃²⁺/WS₂ QDs ECL系统的双抗体夹心型电化学发光传感器并用于检测CTCs。首先,设计合成了Fe₃O₄@SiO₂/Au/WS₂ QDs磁性纳米ECL探针,一方面利用Fe₃O₄@SiO₂/Au作为WS₂ QDs的载体,起到放大ECL信号的作用,另一方面利用Fe₃O₄的磁性富集作用提高检测CTCs的灵敏度。然后,通过将Ru（bpy）₃²⁺固定到电极基底,根据其ECL强度与结合到电极表面上ECL探针捕获的CTCs数量之间的对应关系,实现对循环肿瘤细胞的定量分析。以检测循环肿瘤细胞MCF-7为例,基于Ru（bpy）₃²⁺/WS₂ QDs体系构建的新型ECL传感器具有高灵敏的检测性能、较高的选择性和优异的稳定性,并可成功应用于实际血样中循环肿瘤细胞的分析,为探索WS₂ QDs在电化学发光领域新的应用指明了方向,展现了其在生物传感和临床诊断领域中的广阔应用前景。