基于材料学、化学、生物学和医学多学科交叉而诞生的纳米抗肿瘤体系,通过多功能一体化的结构组合设计,可以实现药物靶向运输、成像诊断、刺激响应的按需治疗,有可能成为未来纳米医药发展的必然趋势。稀土上转换发光纳米材料,因为具有将深层组织穿透力的近红外光(NIR)转换为紫外或可见光的优点,在与传统介孔二氧化硅通过核-壳结构整合构建纳米抗肿瘤体系时,能够满足光响应放药、光动力抗肿瘤、协同抗肿瘤以及生物成像对光源的需求,解决了传统激发光源(紫外或可见光)组织穿透差导致的疗效低问题。但这些体系却存在着光控放药纳米阀门制备复杂、灵敏性差、光敏剂负载难以实现定量控制、团聚与泄漏严重以及多功能一体化不能有效整合等缺点。因此,本论文通过稀土上转换/介孔硅核-壳结构的整合与调控、表面功能化的设计与修饰、功能单元的选择与组装等,探索纳米阀门设计、光敏剂负载、整合双模式抗肿瘤以及成像与三模式治疗一体化。首先,针对当前光控放药的纳米阀门制备复杂、灵敏性差、需要高功率光源去激发等缺点,设计与构建了新颖的光控疏亲水转变机制纳米阀门,优化了化疗。体外细胞抗肿瘤结果表明,疏亲水转变机制纳米阀门能灵敏地响应NIR光,控制抗癌药在细胞内按需释放,有效杀伤肿瘤细胞。与光异构化及光断键机制纳米阀门相比,疏亲水转变机制纳米阀门能在温和的光照下,灵敏与精确地控制药物按需释放,在肿瘤化疗中更具优势。其次,针对光敏剂负载不能定量控制,存在严重团聚与泄漏的问题,发展了静电吸附光敏剂负载技术,增强光动力抗肿瘤作用。静电吸附技术不仅能对光敏剂负载量进行精确调控,还能促使光敏剂均匀分布避免团聚、并有效阻止光敏剂泄漏,这些都有利于提升1O2产量,从而增强光动力作用效率。体外细胞抗肿瘤实验表明,基于这种负载技术构建的光动力抗肿瘤纳米粒子,能有效杀伤肿瘤细胞。这项工作对设计与制备高效光动力体系具有重大指导意义。接下来,在优化了化疗与增强了光动力的基础上,通过核-壳结构的优化与表面功能化设计,构建了两种在疗效上递进的光动力与化疗协同抗肿瘤(光动力/化疗)纳米粒子,实现了“1+1>2”的抗肿瘤效果。首先,证实了单光敏剂光动力与化疗通过结构设计整合并提高抗肿瘤疗效的可行性。在此基础上,制备了双光敏剂光动力/化疗协同抗肿瘤纳米粒子,在协同作用下能实现96%的肿瘤细胞杀伤率,分别是化疗和双光敏剂光动力作用的2.7倍和2.1倍,是单光敏剂光动力/化疗协同作用的1.4倍,这归因于双光敏剂对上转换荧光的充分吸收,增强了光动力,进而提高了协同抗肿瘤作用效果。本工作提供了一种新的策略来设计光动力/化疗体系,具有多数抗癌药和光敏剂共负载的通用性。最后,在前面研究的基础上,基于简单核-壳结构设计,制备了细胞成像监测下的化疗/光热/光动力一体化的抗肿瘤纳米粒子。该纳米粒子具有良好的细胞成像能力,可监控纳米粒子在肿瘤细胞内富集状况,为实施治疗确定最佳的时间点。体外细胞抗肿瘤活性显示,三模式协同作用时的细胞死亡率分别是双模式和单模式作用的2.9倍和5.7倍。Balb/C裸鼠体内抗肿瘤研究显示,经过单次治疗后,肿瘤组织在第三天消失,14天内无复发。这种多重诊疗纳米粒子具有重大的临床应用潜力。综上所述,本文基于稀土上转换/介孔硅的核-壳结构整合与设计,从优化化疗、增强光动力到整合化疗与光动力、成像与化疗/光热/光动力一体化,实现了纳米抗肿瘤体系的递进式设计与构建。