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半胱天冬酶(Caspase)诱导的细胞凋亡是细胞死亡的主要形式。很多有毒的试剂都能够导致凋亡的发生,大多数的抗癌药物能够起治疗作用也是基于此机理。半胱天冬酶3(Caspase-3,Casp3)是Caspase家族的一种重要蛋白酶,与细胞凋亡紧密相关。寡肽序列Asp-Glu-Val-Asp(DEVD)是能够被Caspase-3识别并剪切的特异性底物。本文以Caspase-3为靶标,设计了基于DEVD的荧光纳米探针和水凝胶因子,用于检测Caspase-3在体外条件下与凋亡细胞内的活性以及探讨对细胞生存状态的影响。荧光共振能量转移(FRET)是两个分子(供体与受体)间能量转移的一种机理。根据该机理的理论,能量转移的效率由供体与受体之间的距离决定。我们基于FRET导致淬灭的机理,以金纳米粒子(AuNPs)和DABCYL为淬灭基团,以长度为3.3nm的寡肽序列Asp-Glu-Val-Asp-Gly-Gly-Gly(DEVDGGG)为间隔基团,设计了两种全新的基于异硫氰酸荧光素-间隔基团-淬灭基团结构(FITC-Spacer-Quencher)的纳米探针：1号纳米探针(FITC-DEVDGGG-AuNP)和2号纳米探针(FITC-DEVDGGG-EDA-DABCYL)。我们采用固相多肽合成法(SPPS)合成间隔基团,并通过羧氨缩合等方法使FITC和Quencher共价连接。1号纳米探针和2号纳米探针的淬灭效率分别达到了98.6%和98.1%。透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM),高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)以及基质辅助激光解析离子化质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrum,MALDI-MS)的分析结果都说明了DEVD↓GGG作为Caspase-3剪切底物的有效性(↓指示了剪切位点)。我们使用2号纳米探针成功地检测了凋亡细胞裂解液中Caspase-3的活性,并对经过紫外诱导辐照的活细胞的凋亡状况进行了荧光显像。因此,理论上来说我们的纳米探针有望用于癌症的化学药物治疗效果的评价。超分子水凝胶以其良好的生物相容性及生物降解性而被广泛用作细胞三维培养的骨架材料。相比其他种类的超分子水凝胶材料而言,基于寡肽序列DEVD的水凝胶因子可能会与细胞内的Caspase-3相互作用,从而降低对细胞凋亡的诱导效应,这种生物相容性上的结构优化设计对于三维细胞培养中骨架材料上母细胞的传代至关重要。因此,我们设计了基于寡肽序列DEVD的两亲性分子,即水凝胶因子1(Acetyl-Asp-Glu-Val-Asp-Gly-Gly-Gly-EDA-Fmoc),以其同分异构体分子水凝胶因子2(Acetyl-Asp-Glu-Asp-Val-Gly-Gly-Gly-EDA-Fmoc)作为对照。这两种七肽的衍生物分子都能够在水中自组装形成纳米纤维并最终形成超分子水凝胶：水凝胶因子1在水中自组装形成弯曲的长纳米纤维,这些纳米纤维之间相互作用最终形成超分子水凝胶Ⅰ；相较于由水凝胶因子2形成的刚性短纳米纤维组成的超分子水凝胶Ⅱ,超分子水凝胶Ⅰ具有更高的力学强度。离体酶催化降解的HPLC及电喷雾离子化质谱(ESI-MS)分析结果说明水凝胶因子1对Caspase-3敏感,水凝胶因子2则对该酶无可检测响应。人肝癌细胞株(HepG2)与相当高浓度(400μM)的水凝胶因子2共孵育三天后细胞存活率为49%,与之形成对比的是同样条件下的HepG2与水凝胶因子1共孵育后有86%的细胞仍然存活。Western Blot分析的结果表明用水凝胶因子2处理的细胞经由Caspase主导的凋亡通路开始凋亡进程,而用水凝胶因子1处理的细胞的凋亡诱导效应则大为降低。对水凝胶因子1的结构进行优化,使之能够在生理条件下形成凝胶,从而推进其在细胞三维培养和组织工程方面得到应用。