声动力治疗（Sonodynamic therapy,SDT）是利用超声来激活声敏剂产生大量的活性氧（Reactive oxygen species,ROS）来杀伤癌细胞的一种肿瘤治疗手段。超声可以穿透深层组织并聚焦于肿瘤区域,进而激活声敏剂,从而以精准无创的方式来消灭实体瘤。与光触发的疗法（如光热治疗,光动力治疗）相比,SDT具有许多独特的优势,如较强的组织穿透能力、更佳的治疗效果和较低的副作用。声敏剂在SDT过程中扮演着至关重要的角色。其中以TiO2为代表的钛基纳米材料是研究最为广泛的声敏剂,具有优异的理化性能、较高的化学稳定性和低的光毒性。然而钛基声敏剂却面临着声敏化效率较低和体内难以代谢的问题。同时特殊的肿瘤微环境（Tumormicroenvironment,TME）如乏氧、微酸、高浓度的H2O2、和高表达的GSH在一定程度上影响并制约着SDT的疗效。因此,基于无机材料特殊的理化性质,从SDT的原理和TME的特点出发,本博士论文提出了钛基纳米材料增效肿瘤SDT的若干途径:1)开发具有高声敏化效率的新型钛基声敏剂;2)开发超小的或生物可降解的声敏剂用于低毒的肿瘤治疗;3)开发具有调节TME的声敏剂用于肿瘤的联合治疗。本博士论文研究的重点是围绕SDT,开发具有调节TME能力的新型钛基声敏剂,实现高效低毒的SDT。主要的研究结果概括如下:1、针对钛基纳米材料声敏化效率低的问题,我们构建了具有高声敏化效率和类芬顿催化活性的超细一氧化钛（TiO1+x）纳米棒（Nanorods,NRs）用于增强的SDT。与传统的声敏剂TiO2纳米颗粒相比,TiO1+xNRs由于其氧缺陷结构的存在导致其ROS的产生更为有效,其主要作用是其作为电荷陷阱限制了超声触发的电子-空穴对之间的复合。同时,TiO1+x NRs还具有与辣根过氧化物酶类似的纳米酶活性,能够催化肿瘤内源性的过氧化氢（H2O2）产生羟基自由基（·OH）,从而实现肿瘤的化学动力学治疗（CDT）。静脉内注射后TiO1+xNRs能够在肿瘤部位处有效富集,在超声照射下实现高效的CDT/SDT联合治疗。与此同时,TiO1+x NRs未对小鼠产生明显的长期毒性。该工作报道了新型的TiO1+x NRs作为声敏剂用于肿瘤SDT,具有广阔的应用潜力。2、针对钛基纳米材料不具备调节TME的局限性,我们通过高温有机溶剂热法合成了具有GSH消耗功能的钒（V）掺杂的TiO2（V-TiO2）纳米纺锤体用于肿瘤增强的SDT。由于V元素的掺杂,V-TiO2纳米纺锤体的带隙减小,其超声触发ROS产生的效率与纯TiO2纳米颗粒相比获得了显著地提高。同时,通过V的掺杂使得V-TiO2纳米纺锤体成为了一种有效的类芬顿试剂,可以催化肿瘤内源性H2O2产生剧毒的·OH,从而实现肿瘤的CDT。此外,V的掺杂还赋予了 V-TiO2纳米纺锤体消耗谷胱甘肽的功能,进一步放大了由CDT和SDT产生的氧化应激。体外的细胞实验和体内的动物实验表明,V-TiO2纳米纺锤体可以通过联合CDT和SDT来有效地杀伤肿瘤,显著地提高了肿瘤的治疗效果。重要的是,具有超细纺锤形貌的V-TiO2可以迅速从体内迅速排出,而不会造成任何明显的长期毒性。该工作拓展了金属元素掺杂的TiO2纳米结构在肿瘤治疗中的应用。3、针对钛基纳米材料不可代谢的缺点和乏氧的TME,我们发展了超小的氮化钛（TiN）纳米点用于光热增强的SDT。采用液相剥离法制备了平均尺寸约为1.5 nm的超小TiN纳米点。所得的TiN纳米点具有良好的近红外二区吸收,可用于肿瘤的光声成像和光热治疗。有趣的是,由于TiN纳米点特殊的缺陷结构和表面部分氧化使其可以作为一种有效的声敏剂,在超声照射下可以产生活性氧。在近红外二区激光的照射下,TiN纳米点能够产生温和的光热效应,可促进肿瘤内血液的流动,改善肿瘤乏氧,从而通过联合PTT和SDT实现了卓越的协同治疗效果。重要的是,这些TiN纳米点由于尺寸超小,可以从小鼠体内迅速代谢,从而避免了纳米材料在体内长期毒性的担忧。因此,该工作证明了金属氮化物纳米材料可以作为一种新型多功能的纳米试剂用于肿瘤的高效低毒的SDT。综上所述,在本博士论文中,我们合成了不同类型的钛基纳米材料,并对其作为声敏剂的性能进行了研究。与商用的TiO2纳米颗粒相比,改性后的钛基纳米材料具有更好的声动力效果。更有趣的是,这些新型钛基纳米材料具有调节TME的功能,可以进一步提高肿瘤的治疗疗效。此外,我们还系统地研究了钛基纳米材料在体内的代谢行为和毒性。本博士论文探讨并拓展了钛基功能纳米材料在肿瘤SDT中的应用,为非侵入性的肿瘤治疗提供了新的可能途径。