随着不断的工业生产和生活中的广泛应用,持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants,简称POPs）由于其稳定的化学性质,具有持久性,生物累积性,长距离迁移性,半挥发性,高毒性等特点,严重威胁人类健康并造成全球性的生态环境问题。例如多溴联苯醚（PBDE）主要通过空气,水及食物这三条途径进入人体。作为一种环境内分泌干扰物,它具有类雌激素的作用,可对人体的内分泌系统、神经系统、甲状腺、大脑、肾脏和肝脏等组织器官产生潜在的危害。因此建立一个有效的体外有机物毒性筛选平台至关重要。目前传统的化合物毒性筛查包括基于分子水平、细胞水平和动物模型等方法。相对于耗时耗力、花费较高的动物实验,体外细胞实验成为有毒物质毒性测试的一种快速筛查方法,也是毒性数据不可缺少的一部分。然而当前细胞水平的毒性分析方法仍然存在着弊端。例如传统毒性筛查方法多为终点式,无法在较长周期的化合物暴露下实时的监测细胞的细微变化。癌化细胞系由于累积的基因突变其生物学效应与原代细胞可能不同。同时相对于传统的二维细胞培养,三维细胞培养可模拟细胞在体内的生长状态,更真实的反应物质在胞外基质等微环境中传输的过程,获得毒理学数据更可信,更接近生物体的真实情况。针对上述不足,本论文设计合成了可长时间停留于细胞内的聚合物荧光纳米传感器。将纳米传感器标记的小鼠胚胎干细胞（m ESC）在三维培养的条件下形成三维细胞聚集形态拟胚体（EB）。该工程化拟胚体可作为体外化合物毒性筛查平台,用于实时监测EB在污染物不同剂量暴露下长期细胞功能变化。本论文工作主要包括:1.采用可生物降解的聚乳酸羟基乙酸共聚物（PLGA）作为载体装载荧光分子探针制备细胞内传感器。制备的PLGA传感器尺寸约1微米,可长期（约15天）停留在拟胚体内,并随着降解释放探针到细胞质中,可有效抵抗荧光探针因胞吐作用引起的信号衰减。两种纳米传感器PLGA@Calcein,PLGA@CellROX预先标记m ESC,随后诱导m ESC形成EB。在不同剂量的多溴联苯醚（PBDE-47）长期暴露下,监测EB内细胞溶质酯酶（细胞活性）以及活性氧的变化。研究发现低剂量0.1μM PBDE-47暴露下细胞活性没有明显的变化,活性氧涨幅至初始值的100%。高剂量10μM PBDE-47暴露下的细胞活性明显降低,活性氧表现出整体下降的趋势,但是实验组在11-15天明显高出对照组1倍左右。2.设计合成基于Pax6和β-actin分子信标（MB）的胞内纳米传感器PLGA@β-actin MB和PLGA@PAX6 MB,在不同剂量的PBDE-47长期暴露下实时监测Pax6基因的表达。结果表明,PBDE-47显著抑制了神经分化基因Pax6的表达,降幅保持在15-20%左右。高剂量10μM PBDE-47暴露下的Pax6的表达显著低于0.1μM剂量,最高降幅达到23%。3.设计合成了DNA分子链修饰的DNA-AuNPs分子探针。基于盐老化的方法极大的提高了探针的稳定性,且体外的检测限也都得到了提高。体外靶标配对结果显示,合成的分子探针产生的荧光与靶标链的浓度呈现线性变化。探针能在细胞内稳定工作且保持着特异性。本论文设计长停留胞内传感器并结合胚胎干细胞三维培养的方法,建立了工程化拟胚体的毒性筛查平台,为实时监测体外类器官功能的细胞功能提供了新方法。