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基于稀土上转换发光探针(UCNPs)的新型多功能纳米诊疗剂，是近几年新出现的一类极具临床应用潜力的全能型生物医用材料。然而，如何构建一种集医学疾病早期诊断、定位与实时监测以及多模态影像介导下高效治疗于一体的新型稀土纳米诊疗体系，依然面临着巨大挑战。本论文通过稀土组分调控和微结构设计，成功构建了几种基于UCNPs的新型多功能稀土纳米诊疗剂，系统开展了用于肿瘤多模态影像介导下的多模式协同高效治疗的研究。具体包括以下几个方面: (1)基于化疗/放疗双模式协同治疗的稀土纳米诊疗剂的研究 采用“表面保护”高温热水刻蚀法，成功合成了尺寸小于100nm、基于钆掺杂上转换发光功能内核的空腔氧化硅结构(UCSNs)，具有较高的分散性和稳定性;通过在空腔中装载放疗增敏药物顺铂(CDDP)，获得新型多功能诊疗剂UCSNs-CDDP。该诊疗剂结构中，功能内核UCNPs具有磁共振(MR)/上转换发光(UCL)双模态影像诊断功能，空腔中的顺铂具有化疗/放疗高效协同治疗功能。细胞实验和活体实验结果表明，化疗/放疗双模式协同治疗可以高效杀死肿瘤细胞，显著抑制肿瘤的生长，双模式协同治疗的效果明显优于单一治疗模式。 (2)基于细胞核内化疗/放疗增敏双模式协同治疗的稀土纳米诊疗剂用于多药耐药肿瘤高效治疗的研究 为了高效治疗多药耐药肿瘤，我们发展了一种新颖的“细胞核内化疗/放疗增敏”技术，旨在细胞核内直接实现药物的化疗及其对放疗的增敏作用，从而大幅度提高化疗/放疗协同治疗的效果。首先合成了尺寸小于50 nm、基于钆掺杂上转换发光功能内核的空腔介孔氧化硅结构，然后在其空腔中装载放疗增敏药物丝裂霉素(MMC)，并在其表面嫁接细胞核靶向配体（TAT），成功构建了一种多功能细胞核靶向化疗/放疗增敏剂（RUMSNs-TAT-MMC）。细胞实验和活体实验结果表明，RUMSNs-TAT-MMC可以将MMC高效运输至细胞核内，在放疗X射线的照射下，可以实现MR/UCL双模态影像介导下的细胞核内化疗/放疗增敏，高效杀死耐药肿瘤细胞，显著消融耐药肿瘤体积，有望克服肿瘤的多药耐药性。 (3)基于细胞核内PDT/放疗双模式协同治疗的稀土纳米诊疗剂用于耐放射性肿瘤高效治疗的研究 为了高效治疗耐放射性肿瘤，我们发展了一种新颖的“细胞核内PDT/放疗协同治疗”技术，旨在将光敏剂/放疗增敏剂直接运输至细胞核内，高效摧毁核内DNA，显著增强PDT和放疗的疗效。我们通过合成光敏剂/放疗增敏剂(SPCD/PpIX)共担载的上转换纳米诊疗剂，并在其表面修饰聚合物PEG以及细胞核靶向配体TAT，成功构建了一种细胞核靶向生物光子诊疗剂(UCSPs-PEG/TAT)。细胞实验和活体实验结果表明，在近红外光和放疗X射线的共同照射下，UCSPs-PEG/TAT可以实现MR/UCL双模态影像介导下的细胞核内PDT/放疗协同治疗，高效杀死耐放射性肿瘤细胞，显著抑制耐放射性肿瘤的生长，两周内便可消融50％肿瘤体积。 (4)基于化疗/放疗/PDT三模式协同治疗的稀土纳米诊疗剂的研究 为了进一步提高肿瘤治疗效果，我们设想是否可以在同一材料结构体系中，融合化疗、放疗以及PDT等多种治疗技术，将有望实现多模式协同高效治疗。基于此，我们合成了一种尺寸在80 nm左右、基于钆掺杂上转换发光功能内核的空腔介孔氧化硅复合结构(UCMSNs)，具有良好的分散性、稳定性和生物相容性。其中，功能内核UCNPs具有MR/UCL双模态影像功能，可以用于精确定位肿瘤;空腔中装载放疗增敏药物Dtx1，介孔孔道中嫁接放疗增敏剂/光敏剂HP。该诊疗剂UCMSNs-HP-Dtx1在近红外光和放疗X射线的共同照射下，可以实现MR/UCL双模态影像介导下的化疗/放疗/PDT三模式协同治疗，效果明显优于单一模式或双模式治疗。 (5)基于氧增强型PDT/放疗协同治疗的新型二维稀土纳米诊疗剂用于乏氧肿瘤高效治疗的研究 针对乏氧肿瘤的高效治疗，我们通过将上转换发光纳米颗粒UCNPs和光敏剂SPCD共负载于MnO2纳米片层上，成功构建了一种新型二维稀土纳米诊疗剂(UCSMs)。利用MnO2片层与肿瘤组织中酸性H2O2的氧化还原反应，不仅可以增强UCNPs的上转换发光信号，用于原位监控肿瘤治疗的过程;还可以生成大量的O2，用于显著提高氧气依赖型PDT和放疗的治疗效果。细胞实验和活体实验结果表明，UCSMs可以同时实现pH/H2O2响应型上转换发光成像和氧增强型PDT/放疗协同治疗，高效抑制了乏氧肿瘤的生长、侵袭和转移能力。 (6)基于X射线控释NO的稀土纳米诊疗剂用于乏氧肿瘤可控放疗增敏的研究 针对NO气体分子具有放疗增敏效应，可用于乏氧肿瘤的高效治疗，我们合成了基于上转换发光纳米颗粒(UCNPs)的介孔氧化硅复合结构，通过在介孔孔道中嫁接硫醇(R-SNO)，成功构建了一种基于X射线控释NO和乏氧肿瘤可控放疗增敏的新型多功能稀土纳米诊疗剂(PEG-USMSs-SNO)。细胞实验和活体实验结果表明，PEG-USMSs-SNO不仅可以实现X射线剂量响应型NO释放，还可以在放疗X射线的照射下，高效破坏乏氧细胞核内DNA，促进乏氧肿瘤细胞的坏死和凋亡，显著抑制乏氧肿瘤的生长，从而达到乏氧肿瘤可控化治疗的目的。