纳米材料由于形貌及尺寸可调控,物理化学及光学性质独特,表面易功能化等优异性质而被广泛应用于生物信号分子检测以及靶向药物输送和肿瘤治疗等众多生物医学领域,本论文合成了多种纳米材料,包括无机纳米、天然产物及其衍生物纳米材料,并将其应用于肺癌细胞内硫化氢分子的检测及靶向药物输送和治疗中。具体研究内容如下:1.为了克服肿瘤细胞存在的耐药性,我们以新型纳米材料Q-石墨烯为纳米载体,设计了具有肺癌细胞A549靶向功能的纳米药物输送体系。通过引入两端氨基化的PEG链增强了 Q-石墨烯在生物体系内的稳定性,同时为荧光染料分子罗丹明B异硫氧酸酯提供修饰位点,对Q-石墨烯进行荧光标记以观察纳米载体进入细胞的过程。抗癌药物阿霉素分子通过与Q-石墨烯间的π-π堆叠作用和疏水作用被成功负载到Q-石墨烯上,但由于与Q-石墨烯发生荧光共振能量转移(FRET)而导致其荧光淬灭,在弱酸性的肿瘤微环境作用下释放后又发生荧光恢复,进一步结合荧光标记的Q-石墨烯实现了纳米载药体系的荧光双成像。此外,该纳米载药体系有效地克服了肺癌细胞的耐药性,降低了药物IC50值。2.天然蛋白笼去铁铁蛋白的等电点为4.4,在酸性和中性条件下能实现蛋白笼的解离和重组,基于这一性质,将抗癌药物道诺霉素封装在去铁铁蛋白内腔以避免其对正常细胞和组织的毒副作用。由于去铁铁蛋白与道诺霉素分子的静电吸附作用较弱,为避免药物分子的提前释放,使用与去铁铁蛋白有相似性质的聚天冬氨酸作为媒介,将道诺霉素分子牢牢抓在蛋白笼内腔中。由于修饰了具有肺癌细胞A549靶向功能的透明质酸分子,去铁铁蛋白能有效被肺癌细胞识别内吞,在与其等电点相近的细胞内弱酸性微环境中,道诺霉素被缓慢释放。同时,透明质酸受体CD44阴性表达的MRC-5细胞则对该体系没有明显响应。3.合成了三种配体标记的多肽类似物,并利用分子自组装策略得到了两种一维类肽纳米管(FA-PepT-TCPP、FA-PepT-DNS),分别用于肺癌细胞H1299的靶向成像和光动力治疗。与多肽不同的是,类肽结构将α-碳取代变成N-取代的甘氨酸序列,其化学和热稳定性以及抗酶解能力都得到大大提高,从而有效避免了酶解作用导致的结构破坏和药物提前释放。分别在纳米管上进一步负载阿霉素后,FA-PepT-DNS与阿霉素分子发生FRET导致DNS和阿霉素分子荧光同时淬灭,随着癌细胞弱酸性微环境驱使阿霉素释放,两者荧光又发生恢复,通过对荧光恢复强度的统计实现了对纳米载药体系在细胞内释放过程的观察。FA-PepT-TCPP与阿霉素的结合,成功实现了对H1299细胞的化学和光动力协同杀死,极大提高了治疗效率,在0.312μM FA-PepT-TCPP的低浓度下杀死一半以上的细胞。4.硫化氢作为一种气体信号分子,在多种人类生理及病理过程中扮演重要角色。然而,生物系统内的硫化氢具有挥发性和易扩散性,使得对硫化氢的精确定量难以进行。与传统的组织破坏性检测方法相比,基于荧光探针的非入侵性检测方法具有独特优势,它能对活细胞中的硫化氢进行实时检测。在本文中,我们基于染料分子标记的金纳米棒@二氧化硅核壳纳米材料,设计了一种荧光“turn-on”硫化氢探针,并利用金纳米棒独特的等离子共振增强荧光作用实现信号放大。生物相容性好的二氧化硅在这里既是作为金纳米棒的稳定剂,又是调节金纳米棒与染料分子间距离进而控制荧光增强程度的媒介,当二氧化硅厚度为22 nm时,得到最优的荧光增强效果和低至17nM的体外硫化氢的检测限。此外,该纳米体系还实现了活细胞中外源和内源性硫化氢可视化成像。