恶性肿瘤严重威胁人类的生命健康,现代社会谈癌色变。因此,肿瘤的早期诊疗对癌症治疗和生命挽救,有着至关重要的意义。在早期检测中循环肿瘤细胞(CTCs)作为液体活检标志物,有着广泛的适用性和研究意义。目前CTCs检测主要基于磁性分离和微流控芯片分选展开,捕获效率和捕获纯度仍待提高,同时其他功能也应在后续的发展中加以考虑补充;另一方面在肿瘤的早期检测中,肿瘤特异性标志物,在临床检测中有着重要的应用价值,其检测灵敏度等方面也有待完善。本论文从循环肿瘤细胞及肿瘤标志物出发,分别设计制备了磁性/荧光复合纳米材料,硅纳米线阵列,二氧化钛反蛋白石结构及上转换发光纳米晶/光子晶体增强荧光薄膜,期以对这些检测中存在的不足进行完善和提出新的解决思路。取得了如下成果:[1]针对循环肿瘤细胞捕获存在的捕获效率低,尤其是捕获纯度不足的问题,采用硅纳米线阵列结构微流控芯片结合磁性复合纳米材料,对循环肿瘤细胞进行捕获。应用该捕获装置在2 m L/h的流速下,在血液样品中实现了82%的捕获率。同时,提高了循环肿瘤细胞的捕获纯度,达到了90%的捕获纯度。在磁性复合纳米材料的作用下,不仅实现捕获监测辅助,还利用载入的光敏剂分子在激光作用下实现了对捕获循环肿瘤细胞的原位灭活,期以达到遏制肿瘤扩散的目的。[2]在以上工作的基础上,考虑到捕获面对循环肿瘤细胞捕获的影响,尝试了反蛋白石结构的微流控芯片捕获面。通过溶胶凝胶法制备的三种不同孔径尺寸的Ti O2反蛋白石结构,探索了三维反蛋白石结构对循环肿瘤细胞的捕获效果。探索了孔径尺寸对捕获效率的影响,不同尺寸的反蛋白石结构捕获循环肿瘤细胞显示出不同的捕获效果,随着孔径的增加捕获效率提高,当反蛋白石结构的孔径尺寸为415 nm,在血液样品低细胞浓度下捕获效率达到60%以上。随着孔径尺寸的增加,循环肿瘤细胞结合在三维反蛋白石结构上生长出的丝状伪足数目增加并且伪足的宽度增加,都表现出更好地结合效果。同时,基于反蛋白石光子晶体的光散射作用,可以实现对循环肿瘤细胞检测荧光信号的增强。[3]肿瘤标志物检测中检测的灵敏度是重要的关注指标,上转换纳米荧光材料在这方面有很多优势,然而利于生物检测的小尺寸材料的发光效率很低,在检测应用中存在限制。针对这一问题,基于蛋白石光子晶体对上转换纳米材料的进行荧光增强,设计并制备了双带隙光子晶体结合上转换发光纳米材料的薄膜样品。双带隙光子晶体增强的上转换纳米晶薄膜与金纳米粒子通过荧光共振能量转移,基于夹心免疫法应用于对前列腺癌特异性抗原PSA的检测,可以达到0.01ng/m L的检测。