二维层状材料具有比表面积大、表面活性位丰富等特殊的性质,在药物负载和成像诊断领域具有巨大优势。作为二维材料中的一员,层状双金属氢氧化物(LDHs)由主体层板与层间阴离子组成,具有主体层板金属可调、层间阴离子可交换、生物相容性好等特点,因此在生物医学领域受到广泛关注。本论文基于LDHs的结构特点,分别调控了其主体层板组成、层间阴离子、介观形貌,构筑了结构多样、功能可调的新型LDHs生物医学诊疗材料。通过改变客体分子种类与层板组成,对材料的电子能级结构以及主客体间的相互作用进行了研究,探索了材料性能的强化规律,拓展了 LDHs在药物输运、生物成像、癌症治疗等领域的应用前景。进一步研究了材料在生物体内的分子动力学机制、药代动力学规律,为LDHs二维层状纳米诊疗体系的构筑和性能强化提供了一定的理论依据,进行了有益的实践探索。本论文主要研究内容与结果如下:1、利用LDHs层间限域空间提升光动力治疗效果调控LDHs层间阴离子组成,将间苯二甲酸插层到LDHs层间,利用二维空间限域效应有效抑制间苯二甲酸分子由于转动和振动而产生的能量损失,极大提高其三线态寿命,以此构建了新型超分子光敏剂间苯二甲酸插层LDHs。研究发现间苯二甲酸插层LDHs具有极大的双光子横截面,在860 nm处达到3000 gm,证明了其高效的双光子激发效率,具有近红外光动力治疗的潜力。进一步通过化学探针、电子顺磁共振(ESR)等测试,证实光照后间苯二甲酸插层LDHs具备极强的单线态氧生成能力,其单线态氧量子效率Φ达到74%,与传统光敏剂酞菁锌(Φ=53%)相比,优势明显。进一步研究了间苯二甲酸插层LDHs在小鼠活体实验中的光动力治疗效果。利用近红外染料Cy5.5对间苯二甲酸插层LDHs进行标记,研究其在小鼠体内的循环代谢以及药代动力学特征,发现基于LDHs的高通透性和滞留效应,间苯二甲酸插层LDHs具有长达9.71 h的体内循环时间;并显著富集在肿瘤部位,促进了光动力治疗的效果。并且在48 h内基本代谢完全,在主要器官内仅有少量残留。小鼠治疗实验表明:由于双光子脉冲激光具有极强的组织穿透能力,间苯二甲酸插层LDHs在16天内即表现出极高的肿瘤抑制能力,同时,与对照组相比器官并未发生明显病变,验证其极低的生物毒性。该工作为近红外光动力治疗提供了新思路。2、LDHs单层纳米片用于癌症诊疗体系基于LDHs的结构特性,创制了“自下而上”合成单层水滑石纳米片(MLDHs)的制备方法;并以其为载体,选取抗肿瘤药物阿霉素(DOX)构建了 DOX/MLDHs纳米载药体系。结构表征显示MLDHs厚度在0.9 nm左右,证明了其单层结构。由于极大的比表面积与丰富的表面活性位点,MLDHs作为载体实现了对于DOX高达3.6 mg·mg-1(w/w)的负载,与其他二维材料相比,具有明显优势。在细胞实验中,使用药物剂量为10μg·mL-1的DOX/MLDHs在肿瘤细胞(KB)中造成了 80%以上的致死率,而对于正常细胞(L-02)为60%,证明了其具有选择性治疗的性能。在上述MLDHs单层纳米片制备基础上,进一步探索了 LDHs主体层板结构、组成的调控规律,实现了 Gd、Yb等功能性稀土元素的掺杂,制备了具有成像功能的LDHs单层纳米片。以具有核磁共振成像(MRI)功能的Gd-LDHs为载体与具有荧光成像功能的AuNCs进行结合,构建了AuNCs/Gd-LDHs纳米复合材料,实现了 MRI与荧光协同增强的双模诊断;与单一成像相比,其MRI和荧光成像性能分别提升了 180%和660%。进一步对层板进行优化,制备了具有核磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT)双模成像功能的单层Gd&Yb-LDHs纳米片,与商用造影剂相比,性能分别提升247%和220%。其对疏水性化疗药物SN38的负载量达到925%,与已报道的载体相比提升了一个数量级。进一步引入荧光染料分子吲哚菁绿(ICG)获得了 SN38&ICG/Gd&Yb-LDHs复合材料,具有三模成像能力(CT、MRI和近红外荧光),对小鼠体内肿瘤实现了高灵敏度的协同成像;在保证小鼠自身正常生长前提下,显著抑制了肿瘤的生长,实现了癌症协同诊疗一体化。