随着纳米科技的发展,纳米材料所展现出的优异的功能性催生了其在生物医学领域,特别是在肿瘤治疗领域的研究和应用。为了规避传统肿瘤治疗模式对正常组织的伤害以及由于化疗产生的耐药性,利用外源与相应功能性纳米材料的有机结合,是实现区域性高效低毒的肿瘤治疗办法的有效策略。但是目前很多外源刺激的治疗模式受限于激发源的组织穿透深度低等问题,一般仅适用于浅表位肿瘤治疗。本文围绕功能性纳米材料的合成,与低组织穿透深度限制的外源结合,以实现区域性的高穿透性肿瘤治疗模式。1.氧化硅稳定的液态金属在近红外第二生物窗口的光热治疗液态金属是近年来在肿瘤治疗方面一种新兴的功能性材料,但是由于裸露的液态金属在空气中很容易被氧化而失效。针对这一点,我们通过连续超声法,利用氧化硅壳层对液态金属进行包裹(Liquidmetal@SiO_2),一方面可以避免液态金属直接与外界接触,稳定内核的液态金属,另一方面氧化硅壳层的引入,为液态金属的表面修饰提供了化学环境,如本章中我们选择对其进行RGD多肽靶向修饰。同时通过对比,我们发现液态金属在近红外二区(NIR-II)生物窗口具有较好的吸收,有比近红外一区更高的光热转换效率(22.43%)。NIR-II激光作为一种高穿透性的外源,与RGD多肽靶向修饰的Liquidmetal@SiO_2结合,可以有效地实现肿瘤的靶向光热治疗。本论文为无机修饰的液态金属的生物医用应用提供了重要的范式,也为高组织穿透性外源寻找到了新的功能性纳米药物。2.空心介孔有机硅包裹的声敏剂卟啉与氧化锰在超声作用下的增强型声动力学肿瘤治疗超声(US)作为一种安全、时空可控的外源,由于其低组织穿透深度限制以及非侵入式激发而被广泛应用于临床疾病成像与治疗。在这个工作中,我们在空心介孔有机硅纳米颗粒(HMONs)中载入氧化锰MnO_x和声敏剂卟啉PpIX,构建一种增强型声动力学肿瘤治疗平台。其中PpIX在US作用下可以产生单线态氧(~1O_2),对肿瘤细胞具有杀伤作用;同时负载的MnO_x一方面利用肿瘤微环境(TME)中的酸性以及高浓度H_2O_2实现原位产氧,为~1O_2的产生提供氧源,另一方面可与高还原性的谷胱甘肽(GSH)反应,减少GSH对产生的~1O_2的消耗。这种“开源节流”的策略可以有效地增加活性氧物种(ROS)的产生。这两个过程中的另一产物Mn~(2 ),作为磁共振成像(MRI)的造影剂,在肿瘤区域和正常组织具有显著的对比度。另外,HMONs表面丰富的硅羟基,为纳米药物的靶向修饰提供了化学位点,在RGD多肽靶向修饰作用下,具有较好的肿瘤富集效果。最后在高组织穿透性的外源US的作用下可以高效抑制肿瘤,为通过调节和利用TME以增强动力学肿瘤治疗效果的策略提供了重要的借鉴。3.水凝胶固定的四方相钛酸钡纳米颗粒在超声作用下的压电催化肿瘤治疗US作为一种周期性机械波,在传播过程中还会产生周期性的微观压力,这个特点在肿瘤治疗中鲜少涉及。因此,在这个工作中,我们选择典型的压电材料四方相钛酸钡(T-BTO),利用其在US作用下产生的内建电场,可以持续分离电子和空穴,进而催化TME中的氧分子和水分子进行氧化还原反应,相应产生·O_2~-和·OH来杀死肿瘤细胞。我们发现也正是微观压力下产生的内建电场,使得T-BTO的价带与导带同时发生倾斜,从而从动力学层面满足压电催化氧化还原反应进行的条件。在肿瘤治疗实际应用中,我们采用瘤内注射温敏性水凝胶将T-BTO纳米颗粒固定在肿瘤区域,在US辐照下,可以高效地实现压电催化肿瘤治疗,为新型肿瘤治疗模式的设计提供了重要的借鉴,也进一步扩展压电材料的应用范围。