恶性肿瘤严重威胁人类健康和生命安全,精确诊断和有效治疗是肿瘤治疗的两个重要环节。仿生材料作为一种毒副作用低,生物相容性高,可编辑操控的新型材料,近来越来越被广泛应用。本课题采用仿生材料,结合纳米技术和细胞生物学领域的最新研究实现对肿瘤的早期诊断和精准治疗。本研究第一部分从生物医学领域有应用前景的纳米仿生材料入手,采取优势互补策略并运用DNA纳米自组装技术,制备了复合仿生涂层——DNA-Ru（II）-壳聚糖来构建生物医学检测体系和传感界面以及功能核酸结构——DNA纳米镊子来实现生物信号-电信号的转导,从而提出了超灵敏检测融合基因PML/RARα的无酶“ON-OFF”电化学发光（ECL）生物传感器,以实现相关肿瘤及其标志物的特异性高灵敏识别、标记、快速检测,克服常规检测方法不足之处,建立和发展了恶性肿瘤的早期诊断的生物医学传感新系统。第二部分通过构筑具有特定性质的新型仿生生物膜囊泡——内质网囊泡,其能够作为可控的、肝癌靶向的仿生生物分子识别载体,在负载有特殊功能的小干扰RNA（si GRP94）后,构建了诱导癌细胞或者癌组织发生生理信号调节-转为病理改变的外源性生物囊泡–药物纳米系统,并作为一种新的生物医学分析方法研究了细胞摄取过程,实现了活体的实时动态胞内膜转运分析,为进一步评价和监测正常生物过程、肿瘤离子通道干涉反应等提供了新技术与新方法,因而在恶性肿瘤的早期治疗方面具有重要的意义和潜在的应用前景。1基于靶标切换的DNA纳米镊子作为hemin浓度控制器的超灵敏生物传感器用于PML/RARα检测的ECL分析方法研究在此,本课题基于简单的靶标切换DNA纳米镊子作为血红素（hemin）浓度控制器,构建了一种用于超灵敏检测融合基因PML/RARα的无酶“ON-OFF”的电致化学发光（ECL）生物传感器。在这种生物传感器中,hemin浓度主要通过调控“开-关”状态下的DNA纳米镊子来控制。在本研究中,低浓度hemin首次被用作ECL系统中的可再生增强剂。在没有靶标（PML/RARα）的情况下,纳米镊子处于打开状态,导致溶液中hemin不能被捕获,处于游离且浓度低的状态,从而引发固定在检测界面的Ru（bpy）32+的ECL信号增强。在靶标存在的情况下,吸附在电极表面的封闭纳米镊子可以捕获hemin,使检测界面处于高浓度的hemin中。据报道,较高浓度的hemin会猝灭ECL信号。因此所构建的DNA纳米镊子在靶标的操控下,实现了信号的“ON-OFF”转变。所开发的方法实现了对PML/RARα的超灵敏检测,线性范围从1 f M到1 n M,检测限低至0.125 f M。此外,该ECL生物传感器对PML/RARα的其他亚型（亚型“S”、“V”）、“PML”和“RARα”显示出极好的特异性。总而言之,由于DNA纳米镊子的高度可设计性,该方法可能为未来核酸的超灵敏检测提供实用的ECL检测分析方法。2可触发CRAC通道激活并诱导细胞应激凋亡的包覆si GRP94的内质网囊泡的构建及机制研究现有的大多数生物囊泡的肿瘤治疗效果主要取决于封装药物的抗肿瘤作用,而不注重附着在囊泡上的蛋白质或其他小分子的功能。本课题利用新型多功能内质网膜囊泡（si GRP94–ERVs）通过生理信号转导途径靶向诱导肿瘤病理变化,从而杀伤肿瘤。si GRP94–ERVs由来自Hep G2细胞中富含甘露糖的内质网膜囊泡ERVs和能沉默内质网应激（ERS）的相关蛋白GRP94的干扰RNA——si GRP94组成,其能够作为一种外源性的“钥匙”,识别富含甘露糖受体（MR）的肝癌细胞并打开Ca2+的“大门”。具体机制是:si GRP94–ERVs通过利用ERVs上的钙传感器STIM1与质膜（PM）表面的调节剂ORAI1的相互作用来激活钙释放激活钙（CRAC）通道,从而影响离子稳态,并刺激产生ERS以诱导肿瘤细胞或组织发生病理变化。此外,在被肝癌细胞捕获后,经过高效的膜融合和内体重组作用,促进si GRP94–ERVs实现内体逃逸,将si GRP94释放到细胞中。随着si GRP94下调应激保护蛋白GRP94,si GRP94–ERVs能够抑制细胞自发的缓解ERS的反应——未折叠蛋白反应（UPR）并诱导产生活性氧（ROS）,从而激活受损细胞中的凋亡途径来加重ERS。综上所述,本课题促进了对如何利用生理信号转导途径来诱导病理变化的理解,并为开发用于精确调节细胞功能的下一代多功能内质网囊泡材料提供了理论基础。