癌症严重威胁人类的生命健康,具有很高的发病率和死亡率。癌症治疗中最关键的一点是能够在肿瘤细胞转移前及时治疗,早期癌症的治疗可以极大的提高癌症的治愈率,并大大降低癌症死亡率。因此,实现癌症的早期诊断对有效治疗癌症至关重要。目前癌症的临床检测手段,如MRI、PET和CT等,由于受到各种限制,很难实现癌症的早期诊断,因此,亟需发展更灵敏、快速的癌症检测系统。癌症标志物是存在于癌细胞、癌症微环境或包括血液等体液中的与癌症相关的生物指标,可用于特异性诊断癌症,发展高灵敏高特异性的标志物检测成像新技术或便携式诊断方法,对于癌症的早期精准诊断具有重要意义。纳米材料在生物医学领域具有重要的应用价值。由于金纳米颗粒（AuNPs）具有独特的物理和化学特性,已经用于设计合成各种新型的化学和生物传感器。目前,基于金硫（Au-S）共价键的金纳米传感器已经被广泛开发并用于各种疾病的成像检测和治疗。但是,这种传统的基于Au-S键构建的纳米传感器容易受到体内大量硫醇的影响,它可能被破坏并被游离硫醇分子取代,这样降低了传感器的稳定性,导致检测信号失真,影响结果的准确性。因此需要发展更加可靠稳定的传感器。硒元素（Se）与硫（S）元素具有相似的物理和化学性质,但是,与Au-S键相比,金硒（Au-Se）键具有更高的键能,且在生物体中更加稳定。本论文针对生物体内高的硫醇环境容易对基于Au-S键的金纳米探针检测产生干扰,造成假阳性信号的问题,发展了一种硒醇功能化修饰核酸的新方法,并设计合成了一系列更稳定的基于Au-Se键的核酸探针,用于活细胞中肿瘤标志物的原位高保真成像以及癌症标志物的信号放大试纸检测。具体内容如下:1.开发了一种基于Au-Se键的球形核酸探针（SNAP）用于高保真检测癌症标志物miRNA-221。这种新的策略使用Au-Se键取代传统的Au-S键构建更稳定的纳米平台,可以有效抵抗生物硫醇并避免了假阳性信号的产生,实现了对肿瘤标志物mi RNA-221在活细胞中的高保真检测,进一步扩大了生物标志物检测的范围。这种基于Au-Se键的策略大大提高了探针的稳定性,有效地避免了假阳性结果。2.开发了一种金硒双色SNAP,将Au-Se键和多色成像技术引入同一纳米平台,构建了功能更强大、更可靠的金硒双色探针d Se-SNAP,用于同时检测活细胞中的两种癌症标志物survivin m RNA和TK1 m RNA。我们成功地将硒醇衍生物修饰到两种DNA分子信标的末端,并将它们组装到Au NPs的表面。与金硫双色探针（d S-SNAP）相比,这种d Se-SNAP抗生物硫醇干扰的能力较高。此外,d Se-SNAP可以有效避免单一标志物成像造成的假阳性结果,并通过同时成像两种肿瘤标志物来区分正常细胞和癌细胞。更重要的是,该探针在高硫醇环境下仍具有良好的检测性能,更适合在复杂的生理环境下成像。该策略将为癌症的诊断提供更全面、更准确的信息,并为其他传感器的设计提供更有价值的视角。3.设计开发了一种新型的荧光成像纳米探针,该探针可依次检测细胞凋亡中的上游的Cyt c和下游的caspase-9。当上游的Cyt c存在时,探针上的适配体与Cyt c特异性地结合,并从Au NPs上脱离,从而导致偶联在适配体上的Cy5荧光信号的恢复;同样,当caspase-9特异性响应肽链被下游的caspase-9裂解后,裂解的肽链带着FITC染料从Au NPs上脱离,FITC荧光信号恢复。作为对照,我们还合成了传统的基于Au-S键的纳米探针。与Au-S键纳米探针相比,Au-Se键纳米探针可以监测细胞凋亡过程中Cyt c和caspase-9的顺序表达变化,并且能够有效避免细胞中生物硫醇的干扰。这项工作为准确检测细胞凋亡提供了一个有效的工具,并为深入研究疾病与凋亡的关系提供了一个新的视角。4.发展了一种基于侧向横流试纸条和Se-SNAP的即时检测（POCT）系统,通过检测相应的循环肿瘤mi RNA来诊断肺癌。与传统的基于试纸的检测系统相比,该POCT检测平台有两个优点:（1）在检测高硫醇含量环境中的生物标志物时,稳定的Se-SNAP的应用可以避免假阳性信号;（2）在靶标mi RNA存在时,一个Se-SNAP可以同时捕获多个抗FAM抗体修饰的Au NPs,这使得Au NPs在试纸的检测带上大量聚集,产生数倍放大的检测信号。该平台操作简单,检测结果肉眼可辩,有望用于临床肺癌的诊断。