癌症的发病率与死亡率呈逐年上升趋势，已成为威胁人类生命健康的头号杀手。临床上常见的手术切除、化学药物治疗与放射线治疗等方法虽然各具有一定的疗效，但均会对患者产生相应的副作用。光治疗作为一种新型的治疗方法，主要是利用光活性材料与近红外光相结合产生的光热效应（光热治疗，PTT）或光动力效应（光动力治疗，PDT）用以杀伤肿瘤细胞，具有侵害性小、毒性低、精确可操控及疗效明显等优点。PTT或PDT在应用过程中存在着不可避免的缺点，PTT过程中产生的热激效应会降低治疗效果，而PDT随着肿瘤组织周围氧含量的消耗其疗效由强变弱，将两者相结合不仅可弥补各自的缺陷，同时可产生显著地协同治疗效果。将常见的医学影像技术与光治疗相结合实现癌症的“诊疗一体化”，可保证光治疗的精准监控。目前，构建的“诊疗一体化”探针多依赖于多组分复杂体系，具有制备过程繁琐、结构易坍塌、降解负担重及组分间相互干扰等缺点。基于此，本论文设计了三种单一组分的低价态铋基纳米探针，用以构筑多功能“诊疗一体化”纳米平台，力求其同时兼备肿瘤医学造影与光治疗性能。
　　为解决传统单一探针难以同时兼顾治疗与成像的问题，利用溶剂热法成功构建了同时兼备PTT与光声(PA)/CT成像性能的单一组分单质铋(Bi)纳米晶。详细探究了溶剂体积比、反应时间与反应温度对单质Bi纳米晶形貌与光学性能的影响。通过疏水相互作用将二月桂酰基卵磷脂(DLPC)修饰于其表面，成功制备了具有良好生物相容性与细胞摄取能力的Bi@DLPC纳米球。Bi@DLPC纳米球具有优异的近红外光学吸收与光热转换性能，其光热转化效率(η)为35%，不仅能实现PA与CT双模式成像，同时在功率密度为1W/cm2条件下，Bi@DLPC结合880nm近红外(NIR-880nm)激光照射10min能有效地抑制皮下肿瘤的生长，在第14天小鼠皮下肿瘤的相对体积为～0.09±0.08（肿瘤抑制率为～91%）。此外，在细胞层面上证明了PTT的可能机制。
　　针对光治疗中单一模式疗效差及实体肿瘤消融机制研究不够深入的问题，利用水热法成功制备了同时兼具光热与光动力性能的氧缺陷型铁酸铋（命名为BFO）纳米诊疗剂，深入探究了体内实体肿瘤的消融机制。详细考察了Bi/Fe投料摩尔比与体系pH对BFO纳米诊疗剂纯度与光学性能的影响。BFO纳米诊疗剂具有优异的近红外光学吸收、光热转换性能（η为～51.4%）与光动力性能，不仅可实现体内外的PA成像，同时结合NIR-880nm激光照射，在癌细胞与小鼠皮下肿瘤治疗中均能获得比单一治疗模式更为理想的治疗效果，在第14天小鼠皮下肿瘤的相对体积为～0.08±0.11（肿瘤抑制率为～92%）。此外，通过超声成像技术与组织病理学表征首次证明了体内实体肿瘤的消融机制。
　　为克服皮下肿瘤模型无法模拟临床上人类真实肿瘤特性的问题，本章以最大限度复制了人类肿瘤临床特点的大动物兔成功构建了原位肿瘤模型。采用H2还原法合成了新型氧缺陷的BiPO4-x纳米棒，实现了兔原位肿瘤的高效消融。详细评估了还原温度与还原时间对BiPO4-x纳米棒形貌与光学性能的影响。为了提高BiPO4-x纳米棒的生物相容性，利用巯基聚乙二醇(mPEG-SH)对其表面进行修饰（命名为PEG-BiPO4-x）。PEG-BiPO4-x纳米诊疗剂具有理想的近红外光学吸收，不仅能将近红外光能转换成热能实现光热效应（η为～44.1%），而且能利用原位产生的活性氧(ROS)实现光动力效应。通过密度泛函理论对氧缺陷型BiPO4-x纳米棒光吸收增强的机理进行了理论模拟，结果显示氧缺陷存在时出现的大量中间带跃迁是其光吸收增强的根本原因。此外，PEG-BiPO4-x与NIR-880nm激光相结合能显著地抑制小鼠皮下肿瘤与兔原位肿瘤的生长，在第14天其相对肿瘤体积分别为～0.02±0.05与0（肿瘤抑制率高达～98%与～100%），结合PA成像可实现肿瘤的精准诊断与治疗。