硅元素的含量高居地球中化学元素含量的第二位,这为大量廉价合成制备硅纳米材料提供了坚实的物质基础。硅纳米结构,尤其是一维的硅纳米线和零维的硅纳米颗粒,由于其优良的理化/光电性能、良好的生物相容性及表面易修饰等特点,被广泛应用于能源、催化学、生物学及生物医学等诸多领域。更为重要的是,相比于其他的纳米结构,如:金属纳米结构(金纳米结构、银纳米颗粒等)、II-VI族量子点及碳纳米材料,硅纳米结构能够在体内降解为低毒或无毒的产物并且通过肾脏排出体外,使其在生物学及生物医学领域的应用备受青睐。此外,大的比表面积使得硅纳米材料可进行药物装载或修饰多种生物分子,从而可以将硅纳米结构组装为多功能的硅基纳米药物、纳米探针应用于生物成像、疾病检测及治疗等诸多领域,为纳米生物技术领域向前发展开辟了新的方向。在本篇博士论文中,基于我们课题组前期合成制备得到的一系列性能优异的硅纳米线和荧光硅纳米颗粒,我们较为系统地研究了硅基纳米结构与细胞间的相互作用、在疾病的检测及治疗方面的应用,表明了硅纳米结构在生物医学领域中的独特性质及优势。第一章:简要概述了硅基纳米生物技术的研究进展,着重阐明本篇博士论文的研究依据及研究内容;第二章:基于硅纳米线的药物载体对多药耐药性肿瘤细胞的治疗研究。我们利用硅纳米线作为药物载体,发展了一种新型的硅基纳米药物载体有效地治疗多药耐药性乳腺癌细胞。相比于游离阿霉素分子及其他纳米药物载体,硅纳米线药物载体具有极小的耐药比值(~2.0),能够有效的杀伤多药耐药性肿瘤细胞。由于硅纳米线能够可控地大量合成,该研究展示了硅纳米线药物载体有望应用于疾病治疗领域,尤其对多药耐药性肿瘤治疗的研究之中;第三章:基于金纳米颗粒修饰的硅纳米线的近红外光热试剂在活体肿瘤治疗中的应用研究。我们利用金纳米颗粒修饰的硅纳米线作为高效的近红外光热试剂实现了荷瘤小鼠肿瘤的有效治疗,并且实验组小鼠存活长达八个月未见肿瘤复发。这是利用纳米材料进行光热治疗实现荷瘤小鼠最长存活率的报道;第四章:DNA适配体自组装到荧光硅纳米颗粒表面作为新型纳米诊疗探针同时实现对肿瘤细胞的靶向、成像及治疗。我们将同时具有靶向性、药物负载及可控药物释放功能的DNA适配体自组装到荧光硅纳米颗粒表面。构建的荧光纳米探针能够高效地靶向到肿瘤细胞表面,并且通过受体介导的胞吞作用进入到肿瘤细胞内,在细胞内核酸酶的作用下DNA适配体被降解释放出药物分子,从而实现对肿瘤细胞的杀伤。在这一过程中,利用硅纳米颗粒的荧光特性实现对纳米探针在细胞内的示踪;第五章:荧光硅纳米颗粒对人视网膜内皮细胞迁移影响的研究。我们用表面带羧基基团和表面带氨基基团的荧光硅纳米颗粒分别处理人视网膜内皮细胞,观察其对细胞迁移的影响。在我们的研究中,两种荧光硅纳米颗粒都可以影响细胞骨架形成,从而在不同程度上抑制细胞迁移率。综上所述,本论文发展了基于一维硅纳米线和零维荧光硅纳米颗粒为载体的纳米探针实现了对细胞的成像、疾病的检测及治疗,较为系统的研究了硅基纳米结构在生物医学领域中的应用,包括:多药耐药性肿瘤细胞的治疗研究,荷瘤小鼠的光热治疗研究,肿瘤细胞的标记、成像示踪和化疗的协同研究,以及视网膜内皮细胞迁移影响的研究。我们的研究显示了硅基纳米结构在纳米生物医学领域中具有广阔的应用前景。