细胞焦亡（pyroptosis）是一种新的程序性细胞死亡（PCD）方式,与一系列炎症相关Caspase蛋白的激活密切相关。细胞焦亡广泛参与了包括心血管疾病、中枢神经系统疾病和肿瘤等多种疾病的发生发展。对细胞焦亡信号通路的深入研究有助于我们认识其在相关疾病发生发展中的作用,为临床防治提供新思路。随着对细胞焦亡相关研究的深入,细胞焦亡与肿瘤的发生发展之间的关系引起广泛关注。然而,对焦亡信号通路认识的限制极大制约了焦亡相关肿瘤治疗方法的建立。对焦亡相关分子的特异检测对于充分理解其焦亡通路并有效利用其信号转导实现肿瘤治疗具有十分重要的意义。钙是人体中含量最丰富的矿物质,参与肌肉收缩、酶激活、免疫反应和神经元活动等多种生命过程。同时Ca2+作为细胞内信号传递的第二信使,在维持细胞形态、控制细胞膜通透性和细胞兴奋性、调节细胞周期等方面也起到重大作用。通常,细胞内Ca2+浓度是一个动态平衡的状态,一旦出现巨大波动,如“钙超载”,细胞功能就会受到严重干扰进而引起细胞死亡。最近研究发现细胞内钙超载有可能参与了焦亡相关NLRP3炎症小体的激活过程,但其作用机制仍不清楚。因此,亟须一种简单有效的精准检测工具实现对焦亡相关过程的研究。金纳米材料因其较高的比表面积、稳定的化学性质、很好的生物相容性和良好的光电性质而被广泛应用于生物传感和治疗。含有巯基（-SH）的化合物与金纳米材料之间能够形成稳定的Au-S键,因此,Au-S共价键是生物分子与金纳米材料结合的常用方法。传统的巯基功能化的金纳米材料在荧光、光声、拉曼、电化学传感等领域被广泛地应用。然而,在复杂的生理环境下,巯基化的识别单元在金纳米材料表面的负载量较低,容易被细胞内高浓度的生物硫醇竞争性取代,导致检测结果的失真。因此,如何从根本上解决生物体内高浓度硫醇对Au-S键的干扰,对于以纳米金为基础的纳米材料在生物领域的应用,具有重大意义。硒,是生物体内必须的微量元素,其化学价态多变,成键方式多样、参与众多生理病理过程,并且与硫元素具有相似的化学性质。在前期对硒元素的大量研究中,我们发现与Au-S键相比,Au-Se键具有更高的稳定性。基于此,本文利用Au-Se键更高的稳定性,提出了一种变革性的新技术——以Au-Se纳米平台来重构传统的Au-S纳米平台。与传统的Au-S平台相比,该Au-Se平台具有更高的选择性和稳定性,能够有效避免细胞内高浓度生物硫醇引起的检测结果的失真。本篇工作中,我们利用该纳米平台构建的高灵敏度探针对焦亡过程中的信号通路进行了探究,并进一步研究了钙超载与细胞焦亡之间的联系。此外,该平台还成功用于纳米金为基础的肿瘤的精准光热治疗。本论文研究主要分为以下几个部分:（1）巯基功能化的金纳米材料被广泛地应用于生物医学领域。然而,在复杂的生理环境下,通过Au-S键负载在金纳米材料表面的识别单元容易被细胞内高浓度的生物硫醇置换下来,引起检测的假阳性结果。为了根本上解决Au-S键在细胞内不稳定的问题,我们利用Au-Se键更高的稳定性,设计了一种新的硒醇修饰的Au-Se纳米平台（Au-Se NPF）来重构传统的Au-S纳米平台（Au-Se NPF）。与传统的Au-S NPF相比,Au-Se NPF在毫摩尔水平的谷胱甘肽（GSH）存在下表现出优异的抗干扰能力,具有更高的选择性和稳定性,能够有效避免细胞内高浓度生物硫醇引起的检测结果的失真,并且该平台被成功应用于细胞内Caspase-9的高保真成像,在生物检测过程中呈现出更好的选择性和灵敏度。因此,该平台构建方法简单,可行性强,为今后金纳米传感探针的设计及其在化学传感和临床检测的应用提供了一种变革性的新途径。（2）细胞焦亡是一种新型的细胞死亡模式,与抑制肿瘤细胞的发生发展密切相关。然而,不同刺激物诱发的焦亡通路（PP）却还不清晰。因此,为了研究肿瘤细胞的PP,我们将三种荧光团标记的能够特异性检测Caspases-1/3/4蛋白的肽链通过Au-Se键修饰在金颗粒材料（Au NPs）表面,设计了一种多色的纳米荧光探针（Cas-NP）实现了对细胞焦亡过程中Caspases-1/3/4蛋白的激活情况的高选择性高灵敏度检测。此外,我们首次实现了特异性检测Caspases-4的肽链（Cyanine-5-LEVD-COOH）的硒醇化修饰,克服了以往硒醇化肽链在商业合成中存在的合成复杂,价格昂贵等困难。利用该探针,我们成功观察到了在三磷酸腺苷（ATP）或脂多糖（LPS）诱发的肿瘤细胞焦亡过程中Caspases-1/3/4蛋白的激活情况,以及三种蛋白之间的相互作用关系。该工作为研究细胞焦亡过程中复杂的分子机制提供了一种有效的工具,并为针对细胞焦亡开发有效的治疗抑制剂提供了新思路。（3）最新研究发现,Ca2+能够促进NLRP3炎症小体的激活,而NLRP3炎症小体又被认为与细胞焦亡相关蛋白Caspase-1蛋白的激活密切相关。然而,如何有效的将Ca2+递送到肿瘤细胞内部且验证钙超载是否能引发Caspase-1蛋白介导的细胞焦亡依然面临巨大挑战。本章中我们通过将碳酸钙纳米材料（CaCO3）和对Caspase-1蛋白特异性响应的金硒键构建的纳米探针封装到聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）中,制备了酸性响应的杂化纳米粒子（CaCO3-Au-PLGA）。CaCO3-Au-PLGA在正常生理p H下稳定存在,但在肿瘤酸性溶酶体环境中,会快速崩裂,释放Ca2+,引发钙超载,同时释放Caspase-1蛋白响应的金纳米探针。通过共聚焦成像可以发现,肿瘤细胞内的钙超载引发了Caspase-1蛋白的激活,验证了钙超载引发的细胞死亡过程是与Caspase-1蛋白相关的焦亡过程。该工作为钙离子在肿瘤细胞内的靶向释放及钙离子相关焦亡过程的的研究提供了一种有效的工具。（4）巯基功能化的金纳米材料也被广泛的用于肿瘤的光热治疗（PTT）。然而,在长时间的血液循环过程中,生物硫醇会对Au-S键修饰的金纳米材料产生干扰,进而降低PTT效果。因此,我们尝试利用第二章中建立的Au-Se纳米平台来克服这一问题。本章中我们设计了一种酸性诱导聚集的硒醇功能化的两性Au NPs（Au-Se-C4-N6）提高纳米材料的递送效率和肿瘤区域的滞留性。在活体内的血液循环过程中,与硫醇功能化的两性Au NPs（Au-S-C4-N6）相比,Au-Se-C4-N6表现出更好的稳定性和抗生物硫醇干扰能力,能够实现在正常区域和肿瘤区域有效的分散和聚集,提高PTT效果。此外,活体研究结果发现,与Au-S-C4-N6相比,Au-Se-C4-N6的抗癌效果更明显（肿瘤体积减少了5倍）。该结果证明了硒醇修饰的酸性诱导聚集的两性金纳米粒子是一种有效的策略用于提高纳米材料的稳定性和PTT效果。同时也证明了Au-Se纳米平台可以作为一种有效的平台提高纳米材料的递送效率,进而提高肿瘤临床治疗效果。