聚糖作为所有真核细胞的基本组分之一,参与包括细胞粘附、细胞间通讯、信号转导、受体激活以及细胞内吞在内的一系列重要的生物学过程。不同的细胞其表面聚糖的表达有所不同,即便是同一细胞在不同的生长和分化阶段其表面聚糖表达也会存在差异。细胞表面糖蛋白上聚糖表达的变化已经被证明与许多疾病相关,比如炎症和癌症。因此,发展特异性、高灵敏、高通量的方法来分析检测细胞表面聚糖的表达,对揭示肿瘤与细胞表面糖基化的关系,进一步了解糖基化改变在恶性肿瘤形成与迁移中的作用,以及开发癌症治疗的新方法具有极其重要的意义。本工作通过结合材料科学、纳米技术以及化学生物学发展了几种细胞传感新方法,并将这些新颖的细胞传感技术用于原位、高灵敏检测活细胞表面聚糖表达。另外,还借助这些细胞传感方法研究了药物对细胞表面聚糖表达的影响。本论文主要包括以下四个部分：1.量子点电致化学发光细胞传感与细胞表面聚糖动态检测构建了一种基于电致化学发光技术的无破坏、免标记的活细胞表面聚糖动态检测的新方法,此方法具有方便、快速的特点和可扩展性。该方法结合了能与细胞表面聚糖特异性结合的凝集素和能产生电致化学发光信号的CdSe量子点纳米复合材料。电致化学发光细胞传感器首先是通过共价方法将CdSe量子点连接到壳聚糖／金纳米复合材料膜上,然后进一步将凝集素共价连接到玻碳电极表面量子点纳米复合材料上。该电致化学发光传感器具有较高的灵敏度和优异的操作稳定性。功能化的凝集素能通过特异性结合细胞表面聚糖实现细胞在电极表面的捕获,从而导致传感器电致化学发光信号的降低。电致化学发光信号降低的程度与电极表面捕获的细胞数有关,同时也间接反映了细胞表面聚糖的表达水平。以K562细胞为模型,四种与K562细胞表面聚糖表达相关的凝集素分别被功能化到电极表面。该细胞传感器检测的K562细胞表面四种聚糖表达的结果与用流式细胞仪检测的结果一致,该方法还可用于细胞在药物作用下其表面聚糖表达的动态监测。2.糖功能化CdS纳米复合物用于细胞表面糖基表达的电致化学发光原位检测本工作结合凝集素与糖的特异性识别和聚糖功能化的量子点／碳纳米管纳米复合膜构建了一种电致化学发光传感器,并用于原位、免标记检测细胞表面糖基。巯基丙酸包裹的CdS量子点(QDs)首先通过静电吸附组装到聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)功能化的多壁碳纳米管(CNT)上。接着将甘露聚糖(Man)通过交联剂共价连接到QDs/PDCNT纳米复合膜修饰的电极上,从而构建了基于聚糖功能化的量子点纳米功能材料的电致化学发光(ECL)生物传感器。由于碳管的引入,大大提高了该ECL传感器的检测灵敏度。利用该传感器可以与均相溶液中的BGC细胞竞争溶液中的伴刀豆球蛋白A (ConA),由于结合了蛋白质大分子,所以导致传感器ECL信号的降低。当溶液中Con A量一定时,传感器ECL信号强度的变化与溶液中BGC细胞的浓度相关,同时也与细胞表面聚糖的表达水平相关。该ECL传感器对BGC细胞浓度的线性检测范围为2×103至1×107cells mL-1,并且在3σ时计算其检测限为1.2×103 cells mL-1。由于Con A对细胞表面甘露糖基的特异性识别作用,该ECL传感策略还能用来方便估算细胞表面的糖基数目,并测得平均每个BGC细胞表面的甘露糖基数约为8.7x107个。该策略还可以进一步用于监测药物作用下BGC细胞表面甘露糖基数目的动态变化,且得到的结果与传统的流式细胞仪检测结果相吻合。这一ECL传感策略为细胞的均相、灵敏检测和监测细胞对药物应答时表面糖基的表达水平的变化提供了一个有力的平台。3.生物素／酶金纳米探针的构建及其在细胞表面糖基高灵敏化学发光成像检测中的应用本工作利用功能化金纳米探针发展了一种细胞表面聚糖原位、高灵敏、化学发光(CL)成像分析方法。纳米探针通过将生物素化的DNA和辣根过氧化酶(HRP)先后组装到金纳米粒子表面而制得,其中生物素化的DNA识别细胞表面亲和素化的糖基位点,而DNA链的存在可以减小空间位阻,探针中大量的HRP是进行CL成像的信号放大分子。细胞表面聚糖的唾液酸残基和半乳糖残基首先分别在高碘酸和半乳糖氧化酶作用下将各自特定位点的羟基氧化为醛基,接着都在苯胺的催化作用下共价连接生物素化的酰肼,从而在细胞表面聚糖的特定位点标记生物素。然后通过亲和素将多功能化的纳米探针高度特异性地连接到细胞表面标记了生物素的糖基位点上。最后通过CL成像技术实现细胞表面两种糖基原位、高灵敏、高通量、同时检测。以肝癌细胞HCCC-9810为模型,该方法能检测到的细胞浓度范围为6×102至1×107cells mL-1,并且在36时计算其检测限为300 cells mL-1。利用该方法能检测细胞表面聚糖的动态表达,并能方便、高灵敏地检测出正常细胞与肿瘤细胞表面聚糖表达的差异。因此,该方法有可能应用于临床诊断和癌症治疗。4.基于糖纳米粒子与功能化量子点信号放大策略高灵敏荧光检测细胞表面聚糖的动态表达构建了一种双重信号放大策略,实现了活细胞表面糖基原位、高灵敏、高选择性检测。双重信号放大策略包括功能化量子点与细胞表面聚糖和糖纳米粒子之间的多元特异性结合以及镉离子引发Rhod-5N荧光增强技术。3-氨基苯硼酸功能化的量子点(APBA-QDs)是通过共价键合作用将APBA功能化到巯基丙酸包裹的CdS量子点表面而形成,聚唾液酸功能化的金纳米粒子(PSA-AuNPs)是以聚唾液酸为稳定剂按照一步法而合成的。以唾液酸与苯硼酸的识别体系为模型,APBA-QDs首先通过BGC表面的唾液酸残基识别到BGC细胞表面,然后再通过糖纳米粒子表面的PSA将PSA-AuNPs结合到细胞表面。PSA-AuNPs可以再次富集更多的APBA-QDs从而实现信号放大。最后将细胞表面结合的QDs中大量的Cd2+释放出来引发Cd2+敏感的荧光染料Rhod-5N的强荧光,实现BGC细胞超灵敏荧光检测。该方法对BGC细胞浓度的线性检测范围为5×102至1×107cellsmL-1,并且在3σ时计算其检测限为210 cells mL-1。该方法还能检测细胞表面唾液酸残基的动态表达,得到的结果与用流式细胞仪分析检测的结果一致。此方法具有高特异性和良好的重现性,并且为高灵敏的细胞传感的构建和细胞生物学研究提供了一个平台。