肿瘤的早期检测对挽救生命至关重要,能够明显提高患者的生存率。发展简便易行、特异性高、敏感性强的肿瘤检测与诊断技术,已成为一个亟待解决的难题。在本论文的研究工作中,我们研究和拓展了新型二茂铁碳硼烷衍生物(FcCB)的生物学效用,并进一步将其用作生物分子探针,实现了肿瘤细胞的高灵敏识别与检测。与此同时,我们采用液滴电化学系统和光谱学手段研究了FcCB的电化学及其光谱学性质,推理了其氧化还原机制。进一步地,采用多种电化学和光谱学方法研究了FcCB与生物大分子的相互作用过程,计算其结合位点数和结合常数。在此基础上,将该生物分子探针用于白血病细胞的识别与检测,并进行了临床样本的分析。同时,论文进行了基于电化学-表面等离子体激元共振技术(SPR)的细胞传感研究,制备了氨基苯硼酸原位修饰的SPR芯片,用于肿瘤细胞的传感与分析；使用原位电化学-SPR技术动态监测了生物分子探针与肿瘤细胞相互作用过程,并用于细胞活性的评价。具体内容如下：1)碳硼烷衍生物的光电性质及其与生物大分子相互作用研究首先构建了液滴电化学系统,以减少样本的用量,提高检测效率。液滴电化学系统由电化学单元、XYZ三轴滑动平台及成像系统组成。使用液滴电化学系统及光谱方法研究了FcCB的氧化还原性质。FcCB具有1对可逆的氧化还原峰和1个不可逆的氧化还原峰,分别归属于二茂铁基团和环戊烯结构；FcCB的电化学性质与电解质的pH值密切相关,电解质溶液的pH值为3.0～8.0时,峰电位与pH值呈线性关系,其斜率值接近59 mV/pH单位,说明反应过程中质子转移数目和电子转移数目相等；电化学及光谱结果表明FcCB的氧化还原过程涉及两步单电子-单质子转移的氧化还原反应。电化学、紫外光谱及荧光光谱结果表明FcCB与血红蛋白具有较强的相互作用,结合常数在104M-1数量级；FcCB能够猝灭血红蛋白的荧光,为动态和静态混合猝灭机制,且静态猝灭常数和动态猝灭常数接近；当FcCB和血红蛋白浓度比小于2时,结合位点数为1,结合常数为5.67×103 M-1,而FcCB和血红蛋白浓度比大于2时,结合位点数为2,结合常数为1.06×108 M-1；FcCB能够结合到血红蛋白的疏水区域,进而改变血红蛋白的构象,使其三级结构变得疏松甚至解聚。2) FcCB生物分子探针在肿瘤细胞识别中的应用研究拓展了碳硼烷衍生物FcCB的生物医学应用,将其用作生物分子探针,用于肿瘤细胞的识别与检测及临床样本分析。与不可逆峰相比,FcCB的可逆峰具有更宽的线性范围,更低的检出限,使其在生物传感检测中的应用成为可能。研究表明,FcCB与正常及病变的白细胞作用后,其电化学响应发生特异性改变。正常组的峰电位相比FcCB本身向负电位方向移动,而白血病组的峰电位则向正电位方向移动。因此其峰电位可以用作细胞识别与检测的特征信号。多种统计学分析结果显示正常组和白血病组的峰电位位移具有显著性差异,因此FcCB可以用于临床样本的特异性识别与检测。本方法为肿瘤的早期诊断和临床疗效监控等方面提供了新的方法与技术手段,具有潜在而重要的应用前景。3)基于氨基苯硼酸原位修饰的SPR生物传感研究制备了氨基苯硼酸原位修饰的SPR芯片,接触角和红外光谱结果进一步表明氨基苯硼酸修饰到了芯片表面。氨基苯硼酸修饰的SPR芯片对葡萄糖分子具有良好的检测灵敏度,检出限为0.512mM,同时能够进行再生进而重复使用。进一步地,氨基苯硼酸修饰的SPR芯片可以用于肿瘤细胞的传感与检测。随着时间的增加,HepG2细胞吸附到芯片表面,SPR响应逐渐增大,最后趋于稳定,达到平台。随着细胞浓度的增加,SPR响应达到平台所用的时间逐渐降低,且参比通道所用时间大与样品通道。同时,HepG2细胞在样品通道上的SPR响应明显高于参比通道,样品通道的检测灵敏度远高于参比通道。在5×103～1×106细胞/mL浓度范围内与细胞的数量的对数值呈正相关,样品通道对HepG2细胞的检测限低于1000细胞/mL。这种非标记、实时、快速的检测方法对肿瘤细胞的传感与检测提供了新的分析手段。4)基于电化学-SPR技术的生物活性分子和瘤细胞相互作用的研究采用了电化学-SPR联用方法评估了柔红霉素处理后HepG2细胞的活性。首先优化了细胞芯片的制备条件,进而在实时记录SPR响应的同时,采集细胞外柔红霉素的电化学信号。SPR响应来源于SPR芯片表面吸附细胞形态和质量以及液体环境折射率等因素的变化,电化学信号则归属于细胞外残留、未被细胞吸收的柔红霉素分子。实验结果表明,细胞的SPR响应及柔红霉素的电化学信号均是浓度和时间依赖的。随着柔红霉素浓度和孵育时间的增加,细胞凋亡率增加,有更多的细胞从SPR芯片上脱落,导致芯片覆盖率及芯片表面的折射率降低,因此SPR响应逐渐降低。同时,随着孵育时间的增加,细胞吸收培养基中的柔红霉素分子,使得细胞外残留的柔红霉素含量减小,因此其电化学信号发生降低；另一方面,细胞凋亡后释放部分柔红霉素分子到培养基中,因此随后的电化学信号略有增加。与此同时,MTT和显微学结果验证了电化学-SPR的结果。进一步地,SPR响应和细胞存活率呈良好的线性关系,可以用于评语细胞活性。因此,该方法具有非标记、实时动态及原位分析等特点,在临床疗效评估、药物分析等方面具有巨大的应用潜力。