当前社会,癌症已经成为威胁人类生命的主要疾病。及早发现并进行治疗对癌症的治愈有着巨大的帮助,因此癌症的早期诊断具有重要的意义。然而,因为肿瘤在早期阶段体积很小,肿瘤细胞能够发生转移以及当前肿瘤检测技术的限制,癌症的早期诊断与治疗仍然存在很大的挑战。近期,以纳米材料为基础的纳米技术的出现为癌症的诊断与治疗提供了新的机遇。这些纳米材料具有独特的物理化学性质,因此可以利用这些材料的性质来实现癌症的高效诊断与治疗。无机纳米晶体,比如量子点(QDs),因为具有优异的光学性能而有望成为分子影像的造影剂。然而,由于缺乏有效而通用的方法,无机纳米晶体很难构建成为高效的生物探针来对成像的信号进行放大,因此这些基于无机纳米晶体的探针用于分子成像的灵敏度仍然需要进一步优化。在这里,我们发展了一种DNA引导的杂交链式反应方法。这种方法将QDs和具有特异性识别肿瘤细胞功能的DNA适配体共聚成为线性的量子点-适配体聚合物(QAPs)探针。探针可以与癌细胞表面多个受体结合而且探针含有多颗QD用于信号放大,从而提高QDs成像的灵敏度。我们发现与低浓度的QAPs探针(5 nM)作用的癌细胞仍然具有很强的光致发光(PL)信号,信号强度是与QD-适配体单体(QAMs)探针作用的癌细胞的10.5倍。而且,QAPs探针对细胞亲和能力和成像能力的增强也显著提高了其对不同类型癌细胞之间的区分度。当QDs浓度为20 nM时,QAPs对CCRF-CEM与Ramos细胞的区分因子为32.5,是QAMs的6.1倍。最后,将QAPs用于临床样本检测,结果显示QAPs标记的癌细胞平均荧光强度是QAMs的4.3倍,这极大的提高了成像检测的灵敏度。循环肿瘤细胞(CTC)是在转移性癌症患者的外周血中循环的肿瘤细胞。对循环肿瘤细胞进行计数和分析已经成为癌症诊断和预后判断的重要手段。然而,如何能够快速、高通量地从10~9个/m L的正常血细胞中高效而且高纯度地捕获1-3000个/m L的CTCs,从而进行准确、灵敏的检测仍然是一个巨大的挑战。在这里,我们开发了一种以DNA为模板的新型磁性纳米粒子-QDs-适配体共聚物(MQAPs)探针用于血液样品中少量CTCs的分离和计数。这种MQAPs探针以杂交链式反应为基础进行构建,能够实现对磁响应信号的放大,相对于背景细胞其对目标细胞具有非常高的特异性选择性,而且探针还具有超强的QDs光致发光信号,从而用于单细胞的检测。实验结果表明,与MQAPs作用的癌细胞,其表面磁纳米粒子的含量是与磁纳米-QD-适配体单体(MQAMs)作用的癌细胞的2.75倍,平均荧光信号强度是MQAMs的2.65倍,MQAPs对CEM细胞的亲和性是MQAMs的6.62倍。此外MQAPs探针不会与背景细胞非特异结合,这有利于提高靶细胞的纯度捕获。我们发现利用这种探针,可以在20分钟内实现对人体血液中的CTCs进行快速分离,最终的捕获效率接近80%,捕获纯度为84%,远高于美国食品药品监督管理局(FDA)认证的CellSearch系统,其捕获纯度不足1%。这一策略为高灵敏,高精确度的检测CTCs开辟了新的途径。