肿瘤是目前人类致死率最高的疾病之一。传统抗肿瘤药物往往存在靶向能力差、生物相容性差、代谢过快和毒副作用较强等缺点,因此在实际应用中受到了严重限制。此外,针对与肿瘤发生密切相关的肿瘤生物标志物进行检测是目前较为流行的肿瘤早期诊断手段,但这种方式对检测的灵敏度、特异性等都提出了极高的要求。基于以上问题,本文研究了多种无机纳米颗粒与核酸纳米材料在肿瘤标志物检测及肿瘤靶向治疗中的应用,设计和构建了用于检测肿瘤生物标志物端粒酶与miR-21的纳米生物传感器件,并通过研究细胞器靶向性和肿瘤靶向受体的精准排布探究了精确调控纳米颗粒肿瘤细胞靶向性的方法。本文的主要工作如下:(1)利用具有特定序列的端粒酶寡核苷酸引物,构建一系列纳米生物传感器,并将之应用于端粒酶提取物和活细胞内端粒酶的高灵敏度检测,实现了肿瘤细胞提取物内低至5个细胞的端粒酶检测,膀胱癌病人清尿与血尿样本的检出率分别达到100%和89.5%。此外,在肿瘤细胞内成功实现了端粒酶的实时荧光检测。(2)基于具有特殊荧光弛豫时间信号的荧光纳米金刚石(FND)与四氧化三铁磁性纳米颗粒(MNP),制备了生物传感器FND-DNA-MNP,证实了其对肿瘤标志物miR-21的特异性响应。由于荧光弛豫时间信号在生物体内背景极低,此传感器有望应用于活细胞与活体内的单分子miR-21检测。(3)在作为纳米药物载体的DNA折纸纳米结构表面定点修饰具有肿瘤细胞靶向能力的转铁蛋白(Tf),探究Tf的分布方式对纳米药物载体的细胞摄取效率的影响。研究发现,Tf的修饰数量对细胞摄取效率的提升效果最好,其次是Tf分子的标记间距,其对载体细胞摄取效率提升的顺序关系是:28 nm>14 nm>>42 nm。此外,Tf在所研究纳米载体上的修饰区域对载体的细胞摄取效率未表现出明显影响。(4)用具有线粒体靶向能力的三苯基膦阳离子(TPP)标记抗癌药物硒纳米颗粒(SeNPs),将进入细胞内的SeNPs准确定位至线粒体,提升SeNPs产生的活性氧物种(ROS)对线粒体的氧化损伤效率,改善了SeNPs的抗肿瘤效果,使SeNPs的给药量降低以及进一步的正常组织细胞毒副作用降低成为可能。本文希望通过以上研究,构建具有高灵敏度的肿瘤标志物生物传感器,为肿瘤的早期检测与诊断提供参考,同时通过细胞器靶向改性及精准调控肿瘤识别靶向受体的排布,进一步提高抗肿瘤药物的肿瘤靶向能力,以弥补传统抗肿瘤药物对正常组织器官产生高毒性的缺点。