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癌症是世界范围内的一个重要的公共健康问题,也是第二大死亡原因,给家庭和社会带来巨大的经济负担。2022年,美国国家癌症研究所预计将出现191.8万例癌症新增病例和60.9万例癌症死亡病例。肺癌和前列腺癌的发病率和死亡率均位于前列。癌症的早期诊断对于降低癌症死亡率至关重要,其中一种有效方式是对肿瘤标志物的表达水平进行检测。由于肿瘤标志物在体液中的含量往往很低,因此,迫切需要开发一种成本低廉、灵敏度高和特异性强的肿瘤标志物检测平台。表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering,SERS）是一种常用的光谱检测技术,借助粗糙纳米金属表面可获得2～6个数量级增强的拉曼信号强度,有时甚至可以达到14个数量级,从而推动了 SERS在肿瘤标志物检测中的应用。纸基分析平台因其成本低、生物相容性好、分析速度快等优点受到广泛关注。另外,纸基分析平台能够利用毛细作用引导液体流向特定区域,在传感分析领域有着广阔的应用前景。在本研究中,将SERS和纸基分析平台相结合,建立了一种新型的纸基SERS传感技术,用于多种肿瘤标志物的检测研究。主要研究内容如下:1、基于海胆状金纳米粒子（Au nanourchins,Au NUs）的纸基SERS传感器对非小细胞肺癌（Non-small cell lung cancer,NSCLC）中细胞色素 c（Cytochrome c,Cyt c）的检测:Cyt c是NSCLC的肿瘤标志物,在NSCLC的诊断和治疗中发挥着重要作用。在Au NUs基底表面分别固定Cyt c适配体及Cy5修饰的适配体互补链,构建一种新型的SERS传感器,用于NSCLC患者血清中Cytc的检测。当样本中存在Cytc时,Cyt c可以特异性地与Au NUs基底表面的适配体结合,使得Cy5修饰的互补链从基底表面脱落,导致SERS信号减弱。根据Cy5特征峰的强度对血清中的Cyt c进行检测。Au NUs基底具有优异的SERS活性,增强“热点”主要位于Au NUs的尖锐枝角和纳米粒子之间的间隙处。基于Au NUs的SERS传感器具有良好的重现性和特异性。Cytc在磷酸盐缓冲液和人血清中的检测限（Limit of detection,LOD）分别为1.148 pg/mL和1.79 pg/mL。最后,通过SERS传感器与酶联免疫吸附分析（Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA）实验对健康人和NSCLC患者血清样本进行分析,证实了该SERS传感器可作为血清中Cytc检测的有力工具,有望在NSCLC临床诊断中得到应用。2、基于金银纳米壳（Au-Ag hollow nanoparticles,Au-Ag HNPs）的 SERS-侧向层析技术（Lateral flow assay,LFA）试纸条对前列腺癌中凝血酶和血小板源性生长因子BB（Platelet-derived growth factor-BB,PDGF-BB）的检测:为了实现临床样本中多种肿瘤标志物的快速检测,制备了一种简单、便捷和超灵敏的SERS-LFA试纸条,用于检测两种前列腺癌相关的肿瘤标志物——凝血酶和PDGF-BB。以两种具有可区分特征峰的拉曼信号分子（DTNB和NBA）和检测适配体分别修饰的Au-Ag HNPs作为两种标记探针,将两种捕获适配体固定到两条平行的检测线（T1和T2）上。当样本中存在凝血酶和PDGF-BB时,目标物与检测适配体、捕获适配体杂交形成“三明治”结构复合物,累积到检测线上,导致检测线显色。通过条带的位置、颜色以及SERS信号强度,对凝血酶和PDGF-BB进行定性观察和定量分析。SERS-LFA试纸条在10 pg/mL～10μg/mL范围对血浆中凝血酶和PDGF-BB的含量进行检测,LOD分别为4.837 pg/mL和3.802 pg/mL。SERS-LFA试纸条具有良好的特异性、重现性和均匀性。通过SERS-LFA试纸条检测了前列腺癌患者和健康人血浆中凝血酶和PDGF-BB的表达水平。使用ELISA验证了 SERS-LFA试纸条的准确性。因此,SERS-LFA试纸条在前列腺癌等重大疾病的临床诊断中具有广阔的应用前景。3、基于金银纳米梭（Au-Ag nanoshuttles,Au-Ag NSs）的SERS-LFA试纸条对肺癌中miR-196a-5p和miR-31-5p的检测:为了进一步提高检测的灵敏度和特异性,以催化发卡自组装（Catalytic hairpin assembly,CHA）作为信号放大策略,构建了一种检测miR-196a-5p和miR-31-5p的SERS-LFA试纸条。在该方法中,以生物素化的发卡DNA序列 1（Hairpin DNA 1 labeled with biotin,Hl-bio）修饰的 Au-Ag NSs 作为标记探针,将两种发卡DNA序列2（Hairpin DNA 2,H2）固定在链霉亲和素标记的两条平行的检测线（T1和T2）上。当目标miRNAs存在时,Au-Ag NSs上H1-bio被打开,生物素分子暴露在外面,接着与检测线上固定的H2发生CHA反应,产物在生物素和链霉亲和素的特异性作用下被捕获到检测线上,显示出灰色条带。同时,被释放的目标miRNAs进入下一个CHA循环,引起SERS信号的放大。条带的位置和SERS信号强度分别反映样本中目标miRNAs的种类和含量。SERS-LFA试纸条具有重现性好、特异性强、均匀性好和灵敏度高等优点,且检测时间短。miR-196a-5p和miR-31-5p在PBS缓冲液中的LOD分别为1.171 nmol/L和2.251 nmol/L,在人血清中的LOD分别为1.681 nmol/L和2.603 nmol/L。最后,通过SERS-LFA试纸条检测不同分期肺癌患者和健康人血清中的miR-196a-5p和miR-31-5p,肺癌患者血清中这两种miRNAs的表达水平显著高于健康人,且随着肺癌的发生发展,目标miRNAs的表达水平逐渐升高。本章所设计的基于CHA信号放大的SERS-LFA试纸条为生物医学诊断领域的核酸类和蛋白质类等肿瘤标志物研究提供了一种新方法,对肺癌的早期检测和术后监测具有重要意义。