纳米异质材料,因其优越的物理化学性质,在生物医药领域应用广泛,功能化更赋予生物纳米体系更多的可能性。不仅整合有机物质和无机物质固有的功能性,而且因为异质复合,有望开发出新的特性,如理想的光学、磁学、甚至电学特性,且纳米材料的异质结构与块状材料的表现有一定差异,在生物药载以及传感领域发展潜力显著。近年来,个体化治疗逐渐成为主流,对治疗体系的框架构建以及疗效评估提出新的要求和挑战。多功能化生物纳米异质材料整合了聚合物、金属、半导体等材料特性以及结合生物医药分子,赋予其相应的生物识别和靶向治疗等功能,是新一代诊疗评估体系的奠基石,具有广阔的前景。本文是基于以上研究背景,围绕如何合理构建多功能生物纳米异质体系,并将其应用到细胞凋亡的癌症治疗,评估监控以及药效评价中,开展了基于细胞凋亡的癌细胞体系的光、热、化疗以及新一代光,电化学的细胞凋亡诊断与监控等方面的研究,主要涉及一下几个方面:1、顺序递送和级联靶向的多肽治疗磁性金纳米星体系用于三重协同治疗并实施监控联合治疗因其协同效应和低毒性的优势在抗肿瘤方面优于单一疗法。因此,我们设计了一个核壳磁性金纳米星（Fe3O4@GNS,MGNS）作为药物递送的载体,递送线粒体靶向的两亲性多肽（ATAP）以及细胞膜介导的细胞因子（肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体,TRAIL）。磁性核层可以借由外部磁场促进载体的递送,使得其在肿瘤部位聚集,增强初步靶向肿瘤细胞的摄取。TRAIL和ATAP可以实现顺序靶向,先后被释放到细胞膜和线粒体,激活胞外和胞内凋亡。金壳层由于其固有的近红外区的等离子体共振可以诱发肿瘤局部过高热,与多肽药物治疗可以相互弥补进而增强凋亡。体外和体内实验揭示了胞外凋亡、胞内凋亡以及热疗构成的三重协同治疗体系能够实现定点多肽药物的递送、降低副作用、增强抗肿瘤疗效。2、基于多肽修饰的空心TiO2/EG/ZnIn2S4共敏化结构的光电细胞传感器用于早期凋亡细胞超灵敏检测及药物评估在癌症研究中,快速检测凋亡细胞以及准确评估疗效是很重要的。为了解决这个问题,我们开发了生物相容的超灵敏光电化学（PEC）细胞传感平台。在这个策略中,我们用HL-60细胞作为模型,C005、nilotinib、imatinib作为凋亡诱导剂。TiO2作为光活性基底,被设计成空心结构,可以增强PEC性能。石墨烯通过电沉积的方式修饰到电极表面以加速电子传递以及导电性,接着利用连续离子层吸附的方式原位生长ZnIn2S4纳米晶作为光敏剂,以此形成TiO2/EG/ZnIn2S4共敏化结构,将磷脂酰丝氨酸-结合多肽（PSBP）固定在修饰了光电材料的电极上以识别早期凋亡细胞。凋亡细胞的检测是基于位阻效应的,凋亡细胞被捕获后会导致一个明显的光电流信号的降低。此超灵敏的细胞传感器性能优势源于PEC光电性能的提高、生物活性、高的BSPP与凋亡细胞的亲和力。与其他的方法相比,我们避免了毒性物质,比如Cd、Ru、Te,确保了正常细胞的生长,对细胞分析是有利的。设计的PEC细胞传感器有较低的检测限（3个细胞）,可以对治疗效果有准确的评估。传感器有好的特异性、重复性以及稳定性。3、原位修饰的柔性导电聚合物水凝胶传感器用于活细胞的生长以及直接电化学监控长期细胞生长以及实时准确的电化学细胞监控对于生理监测是必要的,这对电化学（EC）传感器的可加工性、可操作性、可重复性,电化学性能以及生物相容性提出了更高的要求。我们基于纳米结构的导电性聚合物水凝胶（CPHs）提出了一个有效且通用的策略以构建一个原位修饰的3D柔性EC传感器用于细胞分析。柔性3D碳纤维基底可用于电流采集器以提高传感器制备的可操作性以及可重复性。原位修饰的导电聚合物水凝胶拥有3D多孔纳米结构,对Pt纳米颗粒（Pt NPs）的负载、细胞生长、电子转移以及传质是有利的。水凝胶EC平台在H2O2检测上具备高的灵敏性和选择性,在0.01 M PBS体系下检测限为1.6μM,线性范围是10μM至15 m M。此平台还表现出良好的生物相容性,细胞在此界面可以长达5天的生长。此体系还可对细胞释放的H2O2进行准确的检测以实现辨别细胞生长状态的目的,以及模拟不同的刺激响应,进而为细胞生理活动提供信息。因其具备优越的生物相容性、可操作性以及可重复性,此策略可以拓展至其他基于CHPs的传感器制备以及细胞相关的生物标志物的监控,在生物分析上展现了很大的应用前景,迎合了新一代的传感器设计需求。