相比于易被生物组织吸收和散射的可见光,波长为650-1350 nm的近红外光展现了更强的组织穿透力,因此大量可以吸收近红外光的材料被开发出来并应用于生物成像和疾病治疗的研究。其中,近红外激光诱导的光热治疗尤其吸引研究人员的注意,其利用近红外光吸收材料将激光能量快速转换成热能,实现局部高温来消融癌细胞,具有微创和治疗效率高等优点。随后研究人员在光热材料的基础上又增加了靶向性、多模成像和联合治疗等性能,进一步优化治疗条件并增强了治疗效果。然而为了实现多功能化,光热纳米试剂的结构也越来越复杂,多重复合结构导致纳米材料的合成过程繁琐且最终产率低。如果纳米颗粒的结构比较简单,但同时具有多种成像和治疗手段,则可以将其视为多功能简单组分纳米试剂。基于这种想法,本论文制备了具有优异生物兼容性,光热转换效率高的多功能简单组分光热纳米材料,研究了肿瘤的一体化诊疗效果。具体工作如下:（1）Nb掺杂TiO₂纳米晶的光热性能调控及其肿瘤诊疗的研究传统的宽带隙无机半导体可以吸收紫外光和部分可见光,但在近红外区域没有吸收带,导致它们不能作为光热试剂。基于掺杂策略,本章以常见的宽带隙TiO₂为例,通过热解法合成了Nb掺杂的蓝色TiO₂纳米晶,实现了从紫外光响应的白色TiO₂到近红外光吸收的蓝色TiO₂纳米晶的转变。由于Nb⁵⁺离子代替Ti⁴⁺离子位点会产生一个自由电子,大量Nb⁵⁺离子会注入大量自由电子到晶格中,足够多的自由电子引起显著的局部表面等离子体共振效应,产生了近红外吸收带。在1064 nm激光照射下,蓝色TiO₂纳米晶可以将激光能量转化为热能,并且较高的Nb掺杂量可以产生更高的升温,实现了TiO₂纳米晶光热性能的动态调控。磷脂表面改性的蓝色TiO₂纳米晶的光热转换效率高达40.6%,且具有优异的生物兼容性。当纳米晶体注入小鼠肿瘤时,可以通过光声成像检测肿瘤,并在1064nm激光照射下热消融肿瘤细胞。因此,Nb掺杂TiO₂纳米晶可以作为高效且无重金属的纳米试剂,用于成像引导下的肿瘤光热治疗的研究。（2）Sb掺杂SnO₂纳米晶的光热性能调控及其肿瘤诊疗的研究理想的半导体光热试剂应该组成简单,具有成像和光热转换能力,目前这纳米材料的种类比较少。为了进一步探索其它宽带隙半导体的潜能,在上一章的基础上,本章以宽带隙半导体SnO₂为模型,制备了不同Sb掺杂浓度的SnO₂纳米晶,其具有光热转换效应和多模成像能力。当掺杂的摩尔浓度从0增加到0.2/1.0时,所得纳米晶的尺寸逐渐减小,结晶度变弱,并在1064 nm激光照射下表现出增强的光热效应。表面改性后,优化后的Sb_0.2-SnO₂纳米晶具有良好的激光稳定性,高的光热转换效率（48.3%）以及较低的细胞毒性。将Sb_0.2-SnO₂纳米晶注射到小鼠肿瘤时,可以实现肿瘤CT和光声成像,并在1064 nm激光下高效热消融肿瘤细胞。因此,这种Sb_0.2-SnO₂可以作为一体化型纳米试剂,在第二生物透明窗口用于高效肿瘤光热治疗研究。（3）蓝色Te纳米针的制备及其肿瘤成像和化疗-光热治疗的研究化疗和光热治疗的结合可以提高肿瘤的治疗效果,通常化疗-光热试剂是包含近红外光吸收剂、抗癌药物和纳米胶囊的复合材料,但是这类复合材料的合成过程比较复杂且载药效率低。Te纳米材料很有潜力作为简单组分化疗-光热试剂,本章中通过简单的一锅还原法首次制备出蓝色Te纳米针。传统的蓝色Te纳米结构具有近红外光吸收能力,但其长度达到几十微米,而紫色Te纳米结构（如纳米点和纳米棒）的近红外吸收强度极低,无法同时满足合适尺寸和强近红外光吸收性能。所制备的蓝色Te纳米针具有很强的近红外吸收能力,同时长度也小于500 nm。与紫色Te纳米棒相比,蓝色Te纳米针有更强的近红外光吸收能力和更强的光热转换性能,并且表现出激光增强的自由基清除能力。而且,蓝色Te纳米针对不同细胞系展现了明显的毒性差异,且对癌细胞的毒性更大,这是由于Te纳米针可以引起线粒体功能障碍。当在小鼠肿瘤中注射蓝色Te纳米针时,可以实现肿瘤的光声成像和热成像。与单独Te纳米针的有限治疗效果相比,通过化疗-光热协同治疗实现了高效的的肿瘤治疗效果。因此,这种新型蓝色Te纳米针可以作为一种简单组分纳米材料,用于肿瘤的化疗-光热治疗的研究。（4）硫醇稳定的Bi纳米颗粒的合成及其肿瘤成像和光热-放疗的研究放疗是治疗深层肿瘤的主要手段之一,但是受限于乏氧环境引起的细胞抗辐射损伤能力,而光热治疗能够通过增加肿瘤处的血流量来增加其氧含量,实现肿瘤光热治疗和放疗（光热-放疗）协同治疗。在本章中,我们合成了稳定的单质Bi纳米颗粒并用于成像引导的肿瘤光热-放疗联合治疗。通过温和还原法制备了硫醇配位的Bi（Bi-SR）纳米颗粒,聚乙二醇化磷脂（DSPE-PEG）表面改性后的Bi-SR-PEG纳米颗粒具有强近红外吸收和高光热转换效率。重要的是,由于硫和金属之间具有强化学结合能,表面的硫醇配体可以显著地防止金属Bi核被氧化,从而实现长期且稳定的近红外吸收,而没有硫醇配位的Bi纳米球则很快被氧化完全失去近红外吸收。这些Bi-SR-PEG纳米颗粒具有生物兼容性好、光热转换效率高和X射线衰减能力强等优点。通过小鼠静脉注射Bi-SR-PEG纳米颗粒,其可以被动富集在肿瘤处,实现肿瘤的CT成像和光热-放疗联合治疗。因此,Bi-SR-PEG可以作为一种多功能简单组分的新型纳米试剂,用于成像引导的肿瘤光热-放疗联合治疗的研究。