近年来,对近红外激光和X射线具有较强吸收的无机纳米材料,作为一种具有潜在诊断和治疗功能的材料,在肿瘤学领域引起了各国研究者的广泛关注。无论在体外还是体内,无机纳米材料已经在生物医学领域取得一些显著的研究成果,尤其在肿瘤的成像和治疗方面,有广阔的临床应用前景。无机纳米材料的种类主要包括半导体型荧光量子点、碳纳米管、以金为基底的纳米颗粒（如球状、核壳结构、棒状和胶囊状）、磁性纳米颗粒、陶瓷纳米颗粒、上转换纳米颗粒以及其它的高原子序数金属纳米材料(如WS₂、WO_3-x、MoS₂、Bi₂S₃、Cu₃BiS₃、Bi₂Se₃等)。根据文献报道,基于上述纳米材料可以将不同的成像手段进行整合,用于肿瘤的多模态成像诊断。这些成像手段主要包括:光学相干断层成像术（optical coherence tomography,OCT）,X射线CT成像（CT）,双光子光致发光成像（two-photon luminescence,TPL）,光声成像（photoacoustic tomography,PAT）,表面增强拉曼散射成像（surface enhanced Raman scattering,SERS）,正电子断层扫描成像（positron emission tomography,PET）等。与此同时,上述纳米材料还可以与热疗、放疗和化疗等治疗手段相结合,实现对肿瘤的一体化诊疗。论文对无机纳米材料的应用前景及生物安全性进行了概括与总结。重点探索了铋基纳米材料的制备方法、性能表征、肿瘤成像和治疗以及生物安全性评价。本论文主要的研究方法、内容和结论如下:当前,无机纳米材料联合热疗与放疗对肿瘤进行治疗,已引起研究人员的广泛关注,但是对于热疗时选用的激光波长及纳米材料的放疗增敏机理研究还没有定论。本研究想要通过设计一种新型的纳米材料去解决上述提到的两个科学问题。本文利用一种简便的方法合成了Cu₃BiS₃纳米颗粒,该材料在第一窗口和第二窗口都具有较强的光谱吸收,同时对X射线还具有较强的吸收能力。本试验研究了该纳米材料在不同窗口激光照射下的热转换效率,发现其在第二窗口1064 nm激光照射时热转换效率最高。同时发现该纳米材料在第一、第二窗口光声成像和CT成像时,均获得了较好的成像效果。利用该纳米材料中的高序数原子Bi,联合不同窗口激光和X射线对肿瘤进行热疗和放疗联合治疗,结果发现第二窗口激光只需要第一窗口1/3的功率,就可以同样有效的增加放疗敏感性,达到同样的肿瘤治疗效果。最后本文还提出了一种新的放疗增敏机理,并在体外进行了结果验证。该课题为热疗光源的选择和放疗增敏的机理提出了一种新的应用指导。目前,如何开发对肿瘤放射治疗具有较强增敏效果的放疗增敏剂,已经成为科研人员的重点研究对象。已有的文献报道了众多具有放疗增敏效果的纳米放疗增敏剂,但是如何开发一种纳米放疗增敏剂,使其对肿瘤放疗增敏的同时增强正常组织的辐射抗性却未见有相关报道。本文通过使用一种简便的方法制备了一种符合上述要求的纳米放疗增敏剂——聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone,PVP）和硒代半胱氨酸修饰的Bi₂Se₃纳米颗粒。通过对该纳米材料体内和体外的生物安全性进行评价,发现其具有良好的生物相容性,没有明显的细胞和动物毒性。进而研究发现,该纳米材料对X射线和近红外（near infrared reflection,NIR）光都具有较强的吸收能力,不但可以增强放疗效果,还可降低放疗副作用的影响。该纳米颗粒在X射线的照射下可以显著增强细胞内自由基的产生,同时在808 nm激光的照射下具有良好的光热转换效应。在动物实验中,通过瘤内注射的方式将纳米材料注入到肿瘤中,结果发现,肿瘤在X射线和近红外808 nm激光的照射下可以有效的杀死肿瘤细胞,同时发现硒可以持续不断的从肿瘤部位被释放进入血液循环系统。通过对放疗毒副作用指标的分析,发现血液中的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase,GSH-Px）、细胞因子IL 2,IL-6,G-CSF和TNF-α、血液中的白细胞数（white blood count,WBC）、骨髓DNA含量等,相对单独X射线照射组都有显著升高,表明该纳米材料可以增强免疫力,降低放疗副作用。该课题为放疗增敏剂的设计和开发提供了一种新的思路。总而言之,通过设计合成两种铋基纳米材料,我们对热疗和放疗联合使用时的激光波长选择做出了一些指导性的建议,并提出了一种新的放疗增敏机理。进而对如何从纳米材料的设计上,解决放疗造成的毒副作用做了一定的研究和讨论。