铋(83Bi)被认为是对人体毒性最小的金属元素,目前临床上利用高剂量的含Bi制剂治疗细菌感染性肠胃疾病,说明其良好的生物安全性。二维Bi基纳米材料独特的能带结构在产生非氧依赖的自由基方面具有天然优势,因此作为光响应的肿瘤治疗增敏剂引起了广泛的关注与研究。作为二元Bi基硫属化合物成员中的碲化铋（Bi2Te3）,具有最低的能带间隙,揭示了其出色的光催化应用。但截至目前,与其尺寸和形态学相关的肿瘤放疗增敏性能研究鲜有报道。而如何通过简捷的制备策略,来获得安全性高、催化活性高的Bi2Te3,是其进入生物医学领域急需解决的首要问题。此外,Bi基纳米材料虽在生物医学方面的研究已有近十年的时间,但其体内代谢机制尚不明确,由此也影响了实际的临床应用。基于此,本论文引入了一种乙二胺四乙酸（EDTA）辅助的水热策略,成功合成了多型的碲化铋纳米片（BT NPs）,发现其体内代谢特征、肿瘤放疗增敏性能具有显著的结晶性和尺寸效应。具体内容如下:1.通过调控EDTA与Bi3+的摩尔比,合成的BT NPs具有不同的形貌、尺寸、结晶性和厚度（简称多型）。对其形貌和精细结构进行表征发现,随着EDTA与Bi3+摩尔比的增加,BT NPs趋向于同质生长、尺寸减小、厚度增加、结晶性增强。对其实际的化学反应途径进行探究发现,BT NPs的形貌、尺寸受反应温度、还原剂浓度和碱性介质的影响。利用该策略我们成功合成了一系列的多型金属硫属化合物,表明该策略具有较高的普适性。对上述所得多型纳米材料的生长机制进行研究发现,EDTA作为螯合剂和“封顶”剂通过消除悬空键和降低不同晶面表面能的方式促进了其同质生长。2.多型BT NPs响应X-ray产生活性氧（ROS）的种类与其结晶性、尺寸有关。结晶性较高、尺寸较小的BT NPs对X-ray表现出更有效的电子-空穴对（e--h+）分离能力和载流子运输能力,促进了三线态氧（~3O2）向单线态氧（~1O2）的转化;结晶性较差、尺寸较大的BT NPs在X-ray作用下更容易产生h+,提高了辐解水分子（H2O）产生的氢氧根离子（OH-）转化成羟基自由基（·OH）的效率。对这一过程中光生载流子的动力学特征研究发现,X-ray照射更有利于降低结晶性较高、尺寸较小的BT NPs内部的俄歇湮灭过程,将更多的能量传递给邻近的e-,从而加快~3O2向~1O2的转化。产生上述不同激子效应（e--h+分离、载流子运输、俄歇湮灭）的主要原因在于BT NPs的X-ray“存储”能力受结晶性和尺寸的影响。3.多型BT NPs增敏肿瘤放疗的分子生物学机制与ROS种类有关。因具有出色的肿瘤微环境响应性能,多型BT NPs在正常细胞和肿瘤细胞之间表现出一定的选择性。被肿瘤细胞内吞后,结晶性较差、尺寸较大的BT NPs增敏放疗主要提升了·OH和超氧阴离子自由基(O2-·)水平,引起了细胞G2/M期阻滞,通过影响细胞周期蛋白（Cyclin）和细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）的表达来抑制肿瘤生长;结晶性较高、尺寸较小的BT NPs增敏放疗主要产生高水平的~1O2,激活Caspase（含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶）和PARP（聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶）的切割从而诱导了肿瘤细胞的凋亡。随后放大了ROS介导的线粒体凋亡通路,同时引起了不可逆的DNA损伤,增强了肿瘤放疗敏感性。4.多型BT NPs的体内代谢机制、肿瘤放疗增敏效果具有显著的结晶性和尺寸效应。利用药代动力学和代谢组学研究发现,结晶性较差、尺寸较大的BT NPs主要分布在肝脏中,代谢缓慢,被肝脏巨噬细胞吞噬后氧化成Bi（Ox）,经柠檬酸循环通路实现氧化解毒后以粪便排出体外;结晶性较高、尺寸较小的BT NPs主要分布在肾脏中,代谢速度较快,进入肾脏后经谷氨酸代谢通路以Bi2+和Te2-的形式经尿液排出体外。通过构建放疗耐受的He La荷瘤小鼠模型,在光声（PA）成像和X射线计算机断层扫描（CT）成像引导的放疗过程中,结晶性较高、尺寸较小的BT NPs具有较强的肿瘤累积渗透能力,增敏放疗生成高水平的ROS,有效抑制肿瘤血管生成,引起了肿瘤组织中细胞染色质聚集、DNA双链断裂乃至细胞凋亡,从而提高了肿瘤放疗效果。最后,通过血常规、炎症因子、血液生化指标及各脏器的组织切片检测发现,BT NPs不会影响机体内稳定的生理环境,具有良好的生物安全性。综上所述,本论文通过一种可普适地DETA辅助的水热策略成功制备了多型BT NPs,发现其可作为一种高效、安全的肿瘤放疗增敏剂,增敏肿瘤放疗的分子生物学机制具有显著的结晶性和尺寸效应,主要的是阐明了其体内降解方式和代谢途径。