近年来癌症发病率呈逐年上涨趋势,成为威胁生命健康的重大因素,癌症早期诊断与治疗已成为当前热门研究领域。在单细胞水平上探究癌细胞与正常细胞之间的应激响应差异,有助于我们更好地理解癌细胞“不死”的机制,从而更合理地设计纳米药物在改善治疗效果的同时减少副作用。线粒体作为一种重要的细胞器,通过一系列代谢通路广泛参与到细胞生长、分化、信息传递及凋亡等过程中,因此监测线粒体代谢在细胞应激响应过程中的变化具有重要的意义。在本论文中,我们选取了形貌可控、表面易修饰、稳定性高及生物安全性高的金纳米粒子（AuNPs）为功能纳米材料,设计了不同功能的等离激元纳米探针,在单细胞水平上探究了细胞在应激响应过程中线粒体代谢的生化分子变化。这些工作对于理解癌细胞与正常细胞之间的应激响应差异具有一定的借鉴性,也对纳米药物的合理设计提供了一定的启示。具体研究工作和内容如下:1.基于金纳米棒的等离激元光热疗法（AuNRs-PPTT）是一种有前景的抗癌策略。探究AuNRs-PPTT过程中单细胞（尤其是癌细胞）的分子能量代谢具有重要意义,有助于了解癌细胞的光热致死机制,从而更合理地设计新的光热探针。我们选择三磷酸腺苷（ATP）作为目标分子,通过制备turn-on型荧光纳米探针,探究了 AuNRs-PPTT过程中癌细胞与正常细胞之间的ATP代谢差异。我们发现,激光照射5分钟后,单个HeLa细胞的ATP荧光强度较初始强度相比增加了约60%,但是对于单个H8细胞,仅观察到了约20%的增加。在热疗细胞死亡期间,癌细胞中ATP含量的增加明显高于正常细胞。2.近年研究发现戒酒药双硫仑（DSF）在络合Cu2+后生成的CuET具有抗癌活性,因此如何共同递送DSF和Cu2+至肿瘤组织、以实现DSF药物再利用成为研究重点。我们通过在DSF表面涂覆单宁酸（TA）和Cu2+网络结构的方式构建了纳米前药DSF@TA-Cu,该纳米前药可对肿瘤微环境智能响应、原位生成CuET,并通过Cu2+与H2O2之间的类芬顿反应增强治疗效果。经测试DSF@TA-Cu对正常细胞毒性较低而对癌细胞毒性较高。我们还合成了线粒体靶向的纳米探针（Au-MT）进一步探究DSF@TA-Cu的致死机制,通过表面增强拉曼散射（SERS）和荧光探针的联用,我们发现DSF@TA-Cu对癌细胞的毒性与活性氧（ROS）的产生和积累高度相关。3.我们课题组前期研究证实电刺激是一种潜在的有效癌症治疗方法,不同细胞（癌细胞和健康细胞）对电刺激的敏感度存在明显差异,在此基础上我们进一步探索了相同组织来源的不同表型细胞在受到电刺激后的应激响应差异。通过对两种细胞施加不同大小的持续性恒电压刺激,我们发现MDA-MB-468细胞较MCF-7细胞对电刺激更耐受。这两种细胞经电刺激后均会产生ROS,而ROS的积累破坏了线粒体内膜并引起膜电位的下降,致使线粒体中的细胞色素c（Cyt c）被释放出来,随后开启相关信号通路引起细胞死亡;在1.2 V时细胞死亡以凋亡为主,在1.6 V时细胞死亡以坏死为主,电刺激细胞死亡是一种ROS介导的死亡方式,其具体死亡方式与受激程度相关。我们还构建了线粒体靶向的pH探针利用SERS光谱探究电刺激后两种细胞的线粒体pH值变化。两种细胞的线粒体在电刺激后都明显地出现了酸化,佐证了前述电刺激过程中线粒体受到损伤,这些结果对进一步理清电刺激细胞死亡的机制有较大的帮助。