癌细胞内三磷酸腺苷(ATP)浓度异常与肿瘤发生发展过程密切相关,因此,快速、准确地检测细胞内外ATP水平具有重要意义。盐酸阿霉素(DOX)是一种广泛使用的抗癌药物,能嵌入DNA碱基对,并通过抑制DNA复制和转录诱导细胞凋亡。氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)由于具有毒性低、比表面积大和易功能化,可以有效、稳定地负载DNA纳米探针进入细胞等优点而被广泛应用。然而,复杂环境中的生物分子容易通过物理吸附竞争性结合到GO表面,导致假阳性信号。基于此,提出了一种新型的GO-DNA纳米探针,并将其应用于ATP的检测与抗癌药物DOX靶向递送。以ATP的核酸适配体与其互补链杂交形成双链DNA(dsDNA),并通过G-C碱基对负载DOX,利用互补链延伸的poly A序列吸附到GO表面构建了GO-dsDNA-DOX纳米探针,能极大程度地降低复杂环境中物理吸附引起的干扰,减少假阳性信号产生。ATP与适配体特异性结合会导致DOX释放,根据其荧光“off-on”实现ATP的定量分析,DOX荧光强度与ATP含量在0.08~8.0 mmol/L范围内呈现良好的线性关系,线性方程为IF=3.0897c+129.08,检测限(3σ/k)为0.059 mmol/L,且方法具有良好的选择性和抗干扰能力。细胞毒性及荧光成像结果表明,负载DOX的纳米探针在人乳腺癌细胞(MCF-7)内有明显的药物释放,显著诱导细胞凋亡。该研究建立了一种免修饰、简单和快速的ATP含量检测分析方法,并利用癌细胞内高浓度ATP实现靶向药物递送,降低了对正常细胞的毒副作用,为癌症的治疗提供了新思路。