癌症是一种高发生率和高致死率的疾病,对于癌症的早期检测可以显著的降低患者的死亡率。因此,大量的研究一直致力于探索新技术,实现对癌症的早期检测。肿瘤标志物是一类特异性存在于肿瘤细胞中,或者肿瘤细胞异常代谢产生的物质,如蛋白质、核酸、酶和小分子代谢产物等,他们可用于癌症的诊断、治疗和预后评估等。在活体条件下精确区分肿瘤细胞和正常细胞是癌症早期诊断、干预和治疗评估的基础性、关键性难题,其根本困难是肿瘤细胞异质多样性和缺乏真正通用的肿瘤标志物。我们以真正通用的肿瘤标志物端粒酶为靶点,设计合成了端粒酶响应的荧光探针,并研究了其在肿瘤细胞检测中的应用。本论文主要研究内容如下:(1)我们以端粒酶这一通用的肿瘤标志物为靶点,结合球形核酸和分子信标技术,设计合成了端粒酶专属性球形核酸探针。探针以金纳米粒子为内核,表面负载大量的经过特殊设计的双链DNA,双链DNA由一条长的含有端粒酶引物的链和一条短的荧光染料修饰的荧光链杂交得到,然后通过金巯键共价连接到金纳米粒子表面。在端粒酶存在的条件下,端粒酶引物链会识别端粒酶的核心催化区域,并在端粒酶的催化作用下延伸TTAGGG重复序列,形成一个更加稳定的发卡结构,荧光链会被取代下来并释放到溶液中,荧光恢复,实现端粒酶活性的检测。(2)利用设计合成的端粒酶专属性球形核酸探针,完成了十几种代表性肿瘤细胞与正常细胞的精确区分、肿瘤细胞恶性程度的鉴别,以及小鼠肿瘤的活体成像、裸眼可视化和组织切片鉴定等,实现了从溶液、细胞、组织到活体的肿瘤跨平台检测。研究结果表明,这种球形核酸探针可以实现肿瘤活体影像诊断和细胞级别的肿瘤精准手术,是一种理想的肿瘤精准手术导航造影剂。(3)发展了一种通用的、可以裸眼可视化的、比率型荧光探针用来检测端粒酶活性。这种比率型探针由两部分组成,其一是德克萨斯红修饰的分子信标链,并将其通过金巯键修饰到金纳米粒子表面;另一部分是荧光素修饰的端粒酶引物链。初始状态下,德克萨斯红的荧光被金纳米粒子淬灭,探针体系发出绿色荧光;在端粒酶存在的条件下,端粒酶引物链会在端粒酶的作用下延伸TTAGGG序列,与分子信标链的环状区互补形成双链结构,红色荧光恢复,绿色荧光被淬灭。通过两种荧光强度的变化可以实现对不同端粒酶活性的肿瘤细胞的可视化检测。和传统的荧光检测端粒酶活性方法相比,这种比率型的探针可以更好的避免假阳性结果,也能更直观的通过颜色的变化实现端粒酶活性的裸眼可视化检测。