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胃癌是当今最常见的恶性癌症之一,其在中国的发病率和死亡率分别排在所有癌症中的第二位和第三位。目前,对胃癌治疗的最好办法只有早期诊断。统计表明早期胃癌的术后5年生存率可达90%,而晚期胃癌却低于24%。然而,80%胃癌在早期时症状十分不明显,易被忽略或漏诊。当临床上能够得到确诊时,胃癌往往已经发展到了中晚期,导致患者错过了最佳的治疗时机。随着胃镜检查的普及,胃癌的早期诊断率得到了一定的提升,但是胃镜检查为有创性,检查过程中患者较痛苦,而且价格昂贵,单纯胃镜检查无法进行胃癌分期,必须通过活检或术后病理检查,过程较长,这些原因导致其无法成为胃癌人群筛查的理想方法。因此,建立有效、无创、便捷和经济的早期诊断方法才能成为理想的胃癌筛查方法,最终实现早发现早治疗,最大程度的降低胃癌的致死率。通过检测各种胃癌特异性标志物可以突破现有的限制,有望成为理想的胃癌早期筛查和诊断方法。为了能应用于大众群体,这就要求标志物所在基质能无创便捷采集,标志物检测方法也要方便且灵敏度高,能快速有效诊断早期胃癌和晚期胃癌。近年来,基于对人体呼气中的挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,VOCs)的呼气分析方法及基于唾液中的代谢小分子(Small metabolites)的唾液诊断方法为胃癌早期筛查和诊断研究提供了一个新的“窗口”。首先,呼气和唾液能以无创方式进行采集,方便、准确且无任何的伦理和医学风险。其次,人体呼气和唾液中所含有的一些化合物与胃癌有着密切的关联,可作为可靠的胃癌标志物用于反映出早期胃癌和晚期胃癌的差异。最后,这些胃癌标志物种类众多且化学性质稳定,可以能最大程度消除个体间差异,适合于建立一种通用且可靠的胃癌诊断方法,快速实验现胃癌的早期筛查与诊断。目前,利用呼气中的VOCs和唾液中的代谢小分子作为胃癌标志物对胃癌进行早期筛查和诊断一直是研究热点。本论文首先利用固相微萃取技术与气相色谱-质谱技术联用(Solid phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry,SPME/GC-MS)对呼气样品中的VOCs进行分析对比,筛选出了可用于诊断早期胃癌和晚期胃癌的VOC标志物。同时,本论文还利用高效液相色谱-质谱联用技术(High performance liquid chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS)对唾液样品中氨基酸进行分析对比,筛选出了同样可用于早期胃癌和晚期胃癌诊断的氨基酸类胃癌标志物。此外,我们开发了两种基于氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)的和金纳米颗粒(Au nanoparticles,AuNPs)的表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)传感器用于检测这些标志物。分别利用这两种SERS传感器,实现了可靠、快速且无创的早期胃癌与晚期胃癌诊断,可用于对大众群体进行胃癌早期筛查和诊断。因此,本论文主要分为以下四部分。第一章:综述胃癌的发病率和死亡率基本情况,总结了目前临床上用于胃癌诊断的方法存在的不足。分析了针对大众人群的胃癌早期筛查和诊断的意义。着重概述了呼气分析和唾液诊断的研究内容及其在疾病诊断中的研究进展和应用价值。最后详细阐述了表面增强拉曼散射的原理及生物医学中的应用,介绍了其在呼气分析和唾液诊断的应用潜力。第二章:着重于对呼气中的胃癌VOC标志物进行筛选,并建立基于SERS传感器的呼气分析方法用于早期胃癌和晚期胃癌的诊断。我们利用SPME/GC-MS对人体呼气样品进行分析后,筛选出呼气中14种胃癌VOC标志物。同时在不加入稳定剂的条件下,利用GO吸附肼蒸气并在还原氧化石墨烯(Reduced Graphene oxide,RGO)表面原位生成AuNPs,制备了一种洁净高效的SERS传感器并用于检测筛选出的14种VOC标志物。通过确定并统计分析14个与VOC标志物直接关联的指纹特征峰,我们建立了一种基于SERS传感器用于诊断早期胃癌和晚期胃癌的呼气分析方法,并使用200例呼气样品进行验证。验证结果显示,基于SERS传感器的呼气分析有良好的胃癌早期筛查和诊断的应用潜力。第三章:着重于筛选唾液中的代谢小分子作为胃癌标志物,并建立基于SERS传感器的唾液诊断方法,用于早期胃癌和晚期胃癌的诊断。我们利用HPLC-MS对唾液样品中的氨基酸进行分析后,筛选出了10种氨基酸作为胃癌标志物。同时在不需要任何有机还原剂和稳定剂的条件下,利用超声还原的方法在GO表面原位生成AuNPs,并使GO发生卷曲,得到包裹AuNPs的氧化石墨烯纳米卷(Graphene oxide wrapped gold nanoparticles nanoscrolls,A/GO NSs)。利用这种特殊结构的A/GO NSs制备的无干扰SERS传感器能在唾液样品中保持良好的稳定性,并可以选择吸附、灵敏检测出这10种氨基酸标志物。通过确定的19个与唾液中的氨基酸标志物直接相关的指纹特征峰,我们构建了基于制备的SERS传感器来诊断早期胃癌和晚期胃癌,并使用220例唾液样品进行验证。验证结果显示,基于SERS传感器的唾液诊断有良好的胃癌早期筛查和诊断的应用潜力。第四章对全文研究工作进行总结,并对基于SERS传感器的胃癌早期筛查和诊断的问题和前景进行分析展望。