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纳米酶是一类具有与天然酶相似生物催化活性的纳米材料,具有与天然酶类似的催化反应,催化效率和酶促反应动力学特征。由于纳米酶优异的性能,包括从零开始的设计、可控的活性和环境抗性,正成为天然酶的强大竞争对手和潜在的替代品。与天然酶相比,纳米酶具有成本低、稳定性高、使用寿命长等优点,并且随着纳米技术、生物技术、催化科学和计算设计的发展,自2007年阎锡蕴院士课题组首次发现具有类辣根过氧化物酶活性的铁磁纳米颗粒以来,纳米酶的大量研究不断涌现。并且,随着纳米科学和纳米技术的快速发展和人们对纳米技术认识的不断深入,纳米酶有望通过模拟和进一步改造天然酶的活性中心,成为传统酶的直接替代品。按照特定催化类型,纳米酶被分为氧化-还原纳米酶、水解纳米酶、裂合纳米酶、转移纳米酶、异构纳米酶和连接纳米酶,并且一部分纳米酶同时具有双酶或多酶的模拟活性。此外,纳米酶的催化活性与纳米材料的微观结构特性密切相关,如颗粒的大小、形状和表面等,而这些特性又可以通过电荷、涂层、掺杂、加载和外部电场等进行重构。因此,纳米酶现今已成为连接纳米技术和生物学的新兴领域,这为临床生物标志物的快速、灵敏和特异检测提供了新的研究思路。本研究主要包括以下三个部分:1.基于铂钴纳米立方体/还原氧化石墨烯和杂交链反应的双放大电致化学发光免疫传感器用于抗髓过氧化物酶抗体检测抗髓过氧化物酶抗体（antimyeloperoxidase,anti-MPO）被认为是抗中性粒细胞胞浆抗体相关血管炎（antineutrophil cytoplasm antibody ANCA-associated vasculitides,AAVs）最重要的循环自身抗体之一。因此,anti-MPO的灵敏检测对监测AAVs的临床诊疗效果至关重要。本研究将还原氧化石墨烯负载的铂钴纳米立方体（Pt Co@r GO）与杂交链反应（hybridization chain reaction,HCR）相结合,构建了一种用于anti-MPO检测的高灵敏电致化学发光（electrochemiluminescence,ECL）免疫传感器。将N-（氨基丁基）-N-（乙基异发光醇）（N-（aminobutyl）-N-（ethylisoluminol）,ABEI）与阿霉素（doxorubicin,Dox）交联制备的多个ECL发光体（Dox-ABEI）嵌入到HCR形成的ds DNA产物中,实现了ECL发光体的有效固定,获得了较强的ECL信号。得益于Pt Co@r GO纳米酶对H2O2的高效催化,大量的超氧自由基(O2·-)被生成,进一步与ABEI反应产生ECL信号。因此,本研究构建的ECL生物传感器在50 fg～1 ng/m L浓度变化范围内对anti-MPO具有良好的检测灵敏度,检出限为15.68 fg/m L。综上所述,本研究提出了一种无酶ECL免疫分析方法,具有较高的敏感性和特异性,可用于临床生物标志物的检测。2.基于多功能铂钴纳米酶/硫化镉@氧化石墨烯发光体和K2S2O8/H2O2的双放大电致化学发光免疫传感器用于抗髓过氧化物酶抗体超灵敏检测抗髓过氧化物酶抗体（anti-MPO）是抗中性粒细胞胞浆抗体相关血管炎（antineutrophil cytoplasm antibody ANCA-associated vasculitides,AAVs）的重要生物标志物。但传统的anti-MPO检测方法操作繁琐,敏感性不足,限制了其在AAVs临床诊断和监测疗效中的应用。本研究制备了一种基于多功能铂钴纳米酶/硫化镉@氧化石墨烯（Pt Co nanozymes/Cd S nanocrystals@graphene oxide,Pt Co/Cd S@GO）发光体和K2S2O8/H2O2共反应剂的双放大电致化学发光（ECL）免疫传感器,用于超灵敏检测anti-MPO。通过Pt和Co双纳米酶同时掺杂合成的Pt Co/Cd S@GO发光体可以作为新型的信号放大标签和鼠抗Ig G的纳米载体。Pt Co/Cd S@GO具有多种优势,包括较强的类过氧化物酶催化活性、高效的发光性能和在水溶液中优越的稳定性。同时,在K2S2O8/H2O2共反应物体系中,得益于Pt Co/Cd S@GO对H2O2的高效类过氧化物活性,大量的瞬态反应中间体可以与K2S2O8反应,从而获得更高的ECL输出信号。因此,所构建的ECL免疫传感器在0.02～1000 pg/m L范围内对anti-MPO检测具有良好的线性,检出限可达7.39 fg/m L,具有良好的分析性能。因此,将多功能Pt Co/Cd S@GO发光体引入到ECL免疫分析中,不仅成功地应用于临床血清标本中anti-MPO的特异性检测,而且为其它高性能发光体的设计提供了新思路。更重要的是,ECL免疫分析策略在临床生物标志物检测中具有很高的应用潜力。3.基于金纳米粒子和适配体修饰的Pd Mo二维纳米酶的可逆捕获和伏安法测定循环肿瘤细胞通过将装载金纳米粒子的二维双金属钯钼（2D Au@Pd Mo）纳米酶与电化学还原解吸相结合,构建了一种新型细胞传感器,用于超灵敏检测和非破坏性释放循环肿瘤细胞（circulating tumor cells,CTCs）。2D Au@Pd Mo纳米酶具有高效的类过氧化物酶活性,并与巯基修饰的上皮特异性细胞粘附分子（epithelial specific cell adhesion molecule,Ep CAM）组成的适配体组装,以增强CTCs的粘附。此外,由于分形纳米结构与CTCs细胞膜相似,在电极表面装饰了高度分形的金纳米结构（highly fractal Au nanostructures,HFAu NSs）复合材料,提高了CTCs的锚定效率和释放能力。在电化学还原解吸过程中,捕获的CTCs可以从修饰电极上有效地分离和无损释放。所设计的细胞传感器具有良好的分析性能,在0.6～0.2 V的工作电位范围内,线性范围:2～1×10~5cells/m L,检出限:2 cells/m L（S/N=3）,CTCs释放率:93.7～97.4%,RSD:3.55～6.41%,细胞活力良好。因此,开发的细胞传感器可能提供了一个CTCs液体活的潜在选择,在肿瘤的早期诊断和精准诊疗过程中得到应用。综上所述,本研究利用贵金属纳米酶与天然酶相似生物催化活性,类似的催化效率和酶促反应动力学特征,以及低成本可控合成、稳定性高、易于修饰和回收等优点,在电化学平台和电致化学发光平台上成功构建了三种抗髓过氧化物酶抗体和循环肿瘤细胞的超灵敏生物传感检测新方法。并且,所构建的生物传感器具有无酶、快速、超灵敏和高特异等特点,为临床生物标志物的检测提供了新思路,也拓展了纳米酶在临床中的应用场景,具有重要的临床意义。