在肿瘤微环境中,肿瘤细胞大量繁殖且能够抵抗凋亡,伴随着肿瘤细胞周围环境中的酸度上升和氧化应激,恶劣的竞争导致正常细胞凋亡,释放出细胞内的ATP,微环境的ATP的浓度异常高于正常情况,可高达数百微摩尔。细胞外ATP不仅作为肿瘤生长刺激物,还是免疫抑制剂腺苷的来源,是肿瘤微环境中的标志物之一。因此,实现对ATP的原位检测对医学精确诊疗具有重要价值。本论文开发了一种能够实现原位提取和检测的微针生物传感检测器件,并选取癌症环境中的标志物ATP作为检测对象。首先,用甲基丙烯酸酐对透明质酸进行修饰,合成能够发生交联的甲基丙烯酰化透明质酸高分子材料,将其填充至微针形状的模具中,干燥固化后脱模,制备了具有极强膨胀能力的微针。该微针器件具有间质液原位提取的功能。其次,设计了一种纳米材料功能化的生物传感器,将生物化学信号转化为荧光信号用于ATP的检测。当加入ATP分子后,核酸分子机器开始运行,在核酸外切酶的驱动下,事先修饰在纳米材料表面的荧光分子从纳米材料表面脱落,在待测液中呈游离态,导致待测液的整体荧光强度增大,通过构建级联信号放大系统,提高检测的灵敏度。该方法可实现ATP浓度的灵敏检测,预计将促进通过ATP含量异常作为生物标志物进行诊断的相关临床医学研究的发展。随后我们将该核酸分子机器填充到微针的尖端,并添加坚固的基材作为微针底座,得到微针提取和检测一体化系统。最后,本实验将细胞固定在生物墨水3D模型中用于实验,通过提高盐浓度,刺激细胞分泌ATP,用微针集成检测系统在体外进行了对细胞间质中ATP的原位检测。这项工作首次将微纳技术与荧光检测技术相结合,加工后得到的多功能微针阵列贴片检测器具有可移植性,同时为检测其它神经递质和分泌物提供借鉴;有望与内窥镜等能够进入体内的医学设备相结合,应用于临床医学活体诊断,节约医疗资源,减轻病患痛苦。