金纳米棒(AuNRs)由于独特的形状、光学性质、光热特性等,在生化传感、药物测定、基因检测、免疫分析、体内成像、光热医疗等方面已经得到了广泛的关注。但在AuNRs的发展中还存在一些问题,例如：很多研究者只是将AuNRs组装成特定的形状而并没有将其进一步应用、在众多的生化传感体系中可视化检测比较少见、在暗场成像中的对比度不强、光热治疗效率很高但靶向性不强等。本文针对上述存在的问题,借助于现代光学测试与成像技术,拓展了AuNRs的应用,为AuNRs在生化分析、细胞成像及癌症治疗领域的应用提供了一定的理论和实验依据。具体内容包括下列两个部分1. AuNRs在生化小分子检测中的研究以及在细胞成像中应用包括3个方面的内容：(1)基于Eu3+和赖氨酸诱导的AuNRs头碰头可控组装,发展了一种简单快速、高选择性的可视化测定赖氨酸的方法。在Britton-Robinson缓冲(pH6.0)中,Eu3+和COO-根的配位作用以及MUA的COO-和赖氨酸的NH3+之间的静电作用诱导巯基十一酸(MUA)修饰的AuNRs发生了组装。吸收光谱、电子扫描电镜和动态光散射测定结果表明,AuNRs形成了头碰头的链状组装体,引起了纵向吸收波长的红移和溶液颜色由红到蓝的改变。重要的是,AuNRs纵向波长的红移与赖氨酸的浓度成线性关系,线性范围为5.0×10-1.0×10-3mol/L,理论检测限为1.6×10-6mol/L(3σ/k)。AuNRs的纵向波长位移对赖氨酸具有很高的选择性,从而实现了食品样品中赖氨酸的快速、高选择性、可视化检测。(2)基于腺苷和核酸适配体(aptamer)识别诱导的AuNRs肩并肩可控组装,建立了以AuNRs为光学探针的等离子体共振光散射法测定腺苷的方法。腺苷和aptamer之间的分子识别能够引起aptamer的结构从单链转化成G-折叠。实验发现,AuNRs表面的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的正电荷和G-四折叠结构外面裸露的磷酸根的负电荷之间的静电作用导致AuNRs进行了肩并肩组装。由于纳米颗粒的等离子体共振耦合,这种肩并肩组装能够引起AuNRs的纵向等离子体共振吸收(PRA)蓝移和等离子体共振光散射(PRLS)信号增强。基于增强的PRLS信号,建立了一种简单的、高选择性和高灵敏度检测腺苷的方法,线性范围4.0-80.0nmol/L,检测限是2.0nmol/L。这种方法是光学方法测定腺苷的较灵敏的方法,而且成功应用于SD小鼠脑浆中腺苷磷酸盐的检测,实验结果与高效液相色谱法(HPLC)方法非常吻合。(3)碘增强的散射光在细胞暗场成像中的应用。实验设计并研究了金核银壳纳米棒(Au@Ag NRs)与碘的相互作用并将其作为造影剂应用于细胞的暗场成像。X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)结果显示,Au@Ag NRs在碘的作用下形成了Au@Ag@AgI NRs三层核壳结构,导致纵向等离子体共振吸收光谱的红移和散射光的增强。进一步研究发现,Au@Ag@AgI NRs成功地应用于人宫颈癌细胞(HeLa cells)的暗场成像。实验结果显示,Au@Ag@AgI NRs能够进入细胞的细胞质中,但是纳米材料本身对细胞没有很明显的生物毒性,且能够保持Au@Ag NRs的抑菌活性。这些结果为纳米材料在科学和医学的应用提供了可能性。2. AuNRs-核酸适配体复合物在癌症治疗中的应用包括以下三个方面：(1) AuNRs-aptamer的复合物用于前列腺癌症干细胞的选择性治疗。我们成功筛选了两种aptamers,分别为CSCl和CSC13。前者选择性地结合DU145前列腺癌细胞,后者选择性结合前列腺癌细胞中的癌症干细胞。研究发现,CSC1和CSC13分别修饰到AuNRs的表面后,在近红外(NIR)激光光源的照射下能特异性识别和杀死癌细胞和癌症干细胞。虽然癌症干细胞在癌细胞中只占很小的比例,但是在NIR激光照射之后,整个细胞群体的活性大大降低,说明肿瘤的扩散和恶化可以通过该法得到控制,为早期的癌症诊断和治疗提供了新的方法。(2)光敏分子与AuNRs复合物用于光热治疗(PTT)和光动力学治疗(PDT)的联合治疗。光敏试剂二氢卟吩(Ce6)标记的短DNA链通过与白血病T细胞的aptamer-Sgc8杂交而连接到AuNRs的表面,此组合体被用来识别癌细胞并用于有效的PTT/PDT。具体地,当不存在靶细胞时,光敏分子Ce6因被AuNRs表面猝灭而没有光学活性；当存在靶细胞时,DNA链构象发生改变,短DNA链被释放,这时光敏分子Ce6在光照下可用于PDT,同时光热试剂AuNRs可以用来识别癌细胞并在近红外(NIR)激光照射下用于PTT。此外,AuNRs不仅用于PTT,而且可用来运输和激活光敏分子。重要的是,通过光敏分子和光热试剂的组合,PTT/PDT双治疗模式比单独的PTT或者PDT的治疗模式提供了更高的医疗效果。由于aptamer的高选择性的优点,该法对识别靶细胞具有很高的选择性和特异性。期望这种PDT/PTT策略能够成为一种临床上识别和治疗癌症的通用方法。(3)核酸适配体开关探针与光敏试剂在金纳米棒表面的组装用于癌细胞的识别和治疗。实验设计了一种可控的DNA链内开关式的核酸适配体探针(ASP),一端修饰了光敏试剂二氢卟吩(Ce6),另一端连接光热试剂AuNRs。当没有靶细胞时,光敏试剂的荧光被AuNRs表面猝灭,不显示PDT效果；当靶细胞存在时,ASP的结构改变使Ce6远离AuNRs的表面,在光的照射下,Ce6产生的单线态氧可以用于PDT。每个AuNR可以连接许多AAP-Ce6分子,所以会同时将多个光敏分子带入到靶细胞中。与ASP-Ce6探针相比,AuNRs-ASP-Ce6提高了与靶细胞结合的效果。此外,AuNRs-ASP-Ce6复合体在近红外(NIR)激光的照射下也可用于PTT。与PTT或者PDT单一治疗模式相比,这种多模式的治疗方式提供了明显增强并且相互促进的治疗效果,期望可以推广到其他癌症的治疗中。上述研究表明,以AuNRs为探针建立了快速、免标记、可视化、选择性好、灵敏度高的检测生物小分子的方法,具有很好的应用前景；而将AuNRs进行功能化后应用在细胞成像和癌症医疗中,具有十分重要的临床意义,为进一步开发AuNRs的潜力提供了理论和实验基础。