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癌症的光动力治疗原理是用光激发光敏剂,利用光敏剂产生的活性氧破坏癌细胞活性或诱导癌细胞凋亡或坏死。作为一种新兴的癌症治疗方法,光动力治疗自问世以来,已经吸引了广泛的关注。二氧化钛(TiO2)是一种毒性小、化学性质稳定、催化活性高、生物相容性好的半导体化合物,可以作为光敏剂进行光动力治疗。但由于它只能被紫外光激发而且不溶于水,限制了二氧化钛在光动力治疗方面的发展和应用。改善TiO2的光吸收特性及其在水溶液中的分散性,将大大推动TiO2在光动力治疗领域的应用。本文的主要工作是通过高温煅烧法制备了掺氮氧化钛(N-TiO2)纳米颗粒,使其光吸收从紫外扩展到可见区域,并对纳米N-TiO2对癌细胞的可见光杀伤效应和机理进行了重点研究。另外,针对TiO2不溶于水的问题,对纳米TiO2和N-TiO2进行了表面修饰,大大提高了其在水溶液中的分散性,并进一步制备了纳米TiO2(或N-TiO2)与铝酞菁的纳米复合物,研究和比较了这种新型复合物在可见光激发下的光动力治疗效果。主要结果如下：1.在氨气气氛下煅烧锐钛矿相TiO2纳米颗粒批量制备了N-TiO2纳米颗粒。吸收光谱证明N-TiO2在可见光区域比纯TiO2有更好的吸收。对比了YiO2和N-TiO2对HeLa、QGY和KB这三种癌细胞系的细胞毒性和可见光杀伤效应,发现它们都没有明显的细胞毒性,而N-TiO2在可见光照射下比纯TiO2具有更好的杀伤效果。它们对细胞的杀伤效应随着样品培育浓度的增加而增强。进一步利用激光扫描共聚焦显微镜研究了N-TiO2在细胞内的分布,观察到N-TiO2存在于高尔基体和细胞核中。用可见光照射了经N-TiO2处理的HeLa细胞后,HeLa细胞中出现了微核,这表明N-TiO2的光动力治疗对细胞核也造成了直接损伤。2.研究了TiO2和N-TiO2对HeLa细胞的可见光杀伤机理。在可见光激发下,N-TiO2比TiO2产生更多的活性氧(ROS),但是不同活性氧种类的比例有所不同,其中N-TiO2产生更多的O2-/H2O2,而纯TiO2则产生更多的OH·。通过比较细胞内一些重要参数(如线粒体膜电位、细胞内钙离子和一氧化氮浓度)的变化,研究光动力治疗对细胞的杀伤机理。测量发现,在可见光激发下,相比于TiO2,N-TiO2导致细胞的线粒体膜电位下降得更快、细胞内钙离子和一氧化氮浓度升高得更多。通过共焦显微镜的观察发现,光动力治疗结束后60分钟时,经TiO2培育的细胞的骨架组织出现了破损和收缩,而经N-TiO2培育的细胞表现出更严重的骨架变形和细胞膜破裂。3.通过表面修饰TiO2,得到了TiO2-NH2纳米材料,大大提高了它在水溶液中的分散性能,并使其表面带正电。通过扫描透射X射线显微镜显微成像,我们观察到TiO2-NH2更易进入细胞。为了能够使用对应人体组织的“光学窗口”的红光来进行光动力治疗,我们用表面带负电的磺化铝酞菁(AlPcS4)分子通过电荷相互作用连接到带正电的TiO2-NH2表面,形成Pc-TiO2复合物。通过共聚焦显微镜观察发现,Pc-TiO2能够大大提高AlPcS4进入细胞的效率。经过24小时培育,未发现Pc-TiO2有明显的细胞毒性。不论是在红光还是宽光谱可见光照射下,Pc-TiO2对两种细胞的杀伤效应都要明显强于自由AlPcS4分子。用同样的方法制备了AlPcS4与N-TiO2组成的复合物Pc-N-TiO2。在宽光谱可见光照射下,Pc-N-TiO2对HeLa和KB细胞的杀伤效应明显强于Pc-TiO2。