作为重要的疾病精准靶向工具之一,核酸适体（aptamer）越来越引起研究人员的广泛关注。核酸适体是一类特殊的功能核酸,通过折叠成独特的三级结构,实现对靶标高特异性和高亲和力的识别与结合,也被称为“化学家的抗体”。与抗体相比,核酸适体具有独特的优势,如体积更小、成本更低、更好的合成重复性、易于修饰改造等,这使得核酸适体在肿瘤的精准医学应用中成为更好的选择。但核酸适体的本质为单链寡核苷酸,这导致其面临血液循环稳定性差、体内快速清除等问题。因此,如何对核酸适体进行功能化设计与改造,并使之为生物医学研究领域所面临的实际问题提供有效的通用性解决方案,是本论文的出发点和落脚点。针对目前核酸适体及其生物医学领域实际应用中所面临的重点和难点问题,本论文设计了一系列功能化核酸适体平台,实现了对靶标的精准识别及活体肿瘤靶向治疗。具体内容如下:1)在第二章中,针对常见的药物联合癌症治疗策略无法准确调整其负载药物比例、药代动力学和生物分布等问题,我们通过模块化的组合和核酸适体-药物偶联物的单体设计,开发了具有药物比例准确可调的环形二价核酸适体-药物偶联物（cb-Ap DCs）平台。该平台的设计不仅增强了核酸适体自身的生物稳定性和靶细胞特异性识别能力,而且实现了不同化疗药物的精准比例修饰及靶细胞内酯酶触发的药物激活与释放。通过对细胞毒性的系统性考察,我们证明了该cb-Ap DCs平台在向细胞递送确定比例的药物组合后,能够实现更好的癌细胞生长抑制效果。本章的研究内容有望为新型药物联合癌症治疗平台的开发提供技术支持。2)在第三章中,针对复杂生物环境中核酸适体的柔性构象导致其生物结合亲和力衰减以及对外切酶的敏感等问题,我们设计了一种“光化学交联锁定（PCCL）”策略。该策略利用小分子化合物8-甲氧基补骨脂素,通过紫外光照射,实现核酸适体末端DNA双链间的胸腺嘧啶核苷酸的共价交联,以形成构象稳定的核酸适体PCCL-Apt。通过与未锁定的核酸适体相比较,我们系统地研究了PCCL-Apt的热力学参数、结合亲和力、对生理环境的适应性,以及其抵抗核酸外切酶、流动剪切应力和非靶标蛋白等干扰的能力。此外,我们还通过荷瘤小鼠模型,探究了PCCL-Apt的血流循环半衰期和在肿瘤中的积累和渗透能力,进一步阐明了核酸适体的构象-性能关系。对核酸适体构象-性能关系的深入分析有望促进设计和制备先进的核酸适体诊疗试剂,为生物传感和生物医学领域开辟新的道路。3)在第四章中,针对核酸适体自身特性（包括柔性构象等）导致的核酸适体-药物偶联物在复杂生理环境中治疗效果受限等问题,我们利用上一章中开发的基于8-甲氧基补骨脂素的PCCL策略,构建了构象稳定的核酸适体-药物偶联物（PCCL-Ap DCs）来实现精准肿瘤靶向治疗。我们通过细胞及荷瘤小鼠模型研究,证明了相比于未锁定的Ap DCs,PCCL-Ap DCs可以获得更加高效的肿瘤生长抑制效果,并且该策略不会引起全身性毒副作用。本章的研究内容不仅更加深入地探究了核酸适体构象-性能关系,而且为构象稳定的核酸适体在精准医学领域开辟了道路,也有望解决核酸适体化学在该领域所面临的实际问题并推动其临床应用发展。4)在第五章中,针对生物正交断键反应激活型前药的设计困难及其生物体内递送和激活效率低等问题,我们开发了一种柔性核酸适体聚合物包覆的生物正交纳米反应器,利用纳米限域的生物正交断键反应来提高生物正交前药-激活剂的碰撞概率,并进一步克服传统预靶向策略导致前药-激活剂在体内的时空错位。我们通过设计新型点击激活的前药CA4V、柔性核酸适体聚合物poly XQ-2d以及相应的纳米反应器CA4V/ZIF-90@Tz COF@Apt,实现了有效的肿瘤靶向识别与细胞内在化、隔断层ZIF-90的可控塌陷以及出色的细胞毒性。我们也通过荷瘤小鼠模型证明了CA4V/ZIF-90@Tz COF@Apt的活体肿瘤抑制效果。该纳米反应器的设计可以扩展到大多数点击激活的前药系统,特别是那些含有两种高活性物质且需要同时运输的系统。本章的研究内容不仅为提高生物正交断键反应激活的前药治疗效率提供了一种有效的方法,而且为癌症精准治疗设计可激活的递送和治疗策略开辟了一条新途径。