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长余辉发光材料在外界光源停止激发后仍可持续发光,被广泛应用于交通、军事、安全、信息存储等领域。近年来,由于其独特的无背底干扰成像特性,长余辉发光材料在生物医学成像及诊疗领域展现了重要的应用前景。癌症作为世界上最致命的疾病之一,目前仍然是严重的公共健康问题。由于肿瘤的复杂性、多样性、异质性和易转移特点,对癌症的高效治疗仍是目前亟待解决的重要难题。传统的放疗、手术和化疗手段已被广泛应用于癌症治疗,但它们都有各自的缺陷。近年来,一些新兴癌症治疗方法,如光动力疗法、气体疗法和光热疗法,已经进入人们的视线。与传统的治疗方法相比,这些新兴的治疗方法具有副作用小、治疗效果好和选择性好等优点,但在肿瘤治疗方面仍存在许多问题,如激发光源穿透深度低、乏氧、单一治疗方式、需要光源长时间激发等等。为了克服这些困难,本论文旨在构建多功能ZnGa_2O_4基长余辉纳米载体,在解决乏氧、激发光穿透深度、光源激发时间、多模式治疗等方面开展研究,并评估多功能ZnGa_2O_4基长余辉纳米材料在肿瘤细胞和荷瘤鼠的治疗效果。本论文主要研究的内容如下:(1)采用水热结合烧结的方法,成功制备了ZnGa_2O_4:Mn(ZGO:Mn)长余辉纳米材料,系统研究了Mn~(2 )掺杂浓度以及烧结温度对该长余辉纳米材料的晶相、形貌及发光性能的影响。研究结果表明,通过调节Mn~(2 )掺杂浓度以及烧结温度可以实现对该材料长余辉发光性能的调控。实现了该材料X-射线激发下的绿色长余辉发射(504nm),且余辉发射可持续12小时。并揭示了其深组织(24mm)重复激活的长余辉发光性质。因此,该软X-射线激活的长余辉发光材料解决了长余辉发光材料面临的深组织重复激活的问题,为扩展其在无背底干扰的生物光学成像提供了新的策略。(2)通过包覆SiO_2并加载NO供体[NH_4][Fe_4S_3(NO)_7](Roussin’sBlackSalt,RBS),我们首次构建了低剂量软X-射线响应的ZGO:Mn@SiO_2@RBS(ZGO:Mn-RBS)纳米平台,用于NO气体的可重复持续释放及肿瘤的气体治疗。基于荧光共振能量传递,系统研究了软X-射线激发的NO气体释放特性,实现了深组织(24mm)软X-射线触发的NO持续释放。体外细胞及体内肿瘤实验结果揭示了该纳米探针在低剂量软X-射线激发下具有优异的气体治疗肿瘤效果。因此,这种新型的低剂量软X-射线激活的长余辉纳米载体为开发高性能、深组织NO持续释放系统用于肿瘤的气体治疗提供了新的思路。(3)以ZGO:Mn材料为基础,成功制备了ZGO:Mn@PDA@MnO_2(ZGO:Mn@MnO_2)纳米复合材料,并通过加载光敏剂(RoseBengal,RB),构建了低剂量软X-射线响应的ZGO:Mn@MnO_2 RB纳米平台用于肿瘤的光动力治疗。基于MnO_2的催化反应,解决了氧依赖的光动力治疗面临的肿瘤微环境乏氧问题,实现了软X-射线激活的光动力治疗并提高了光动力治疗效果。体外及在体内肿瘤实验结果揭示了我们设计的纳米平台在软X-射线激发下具有优异的抗肿瘤效果以及良好的生物安全性。因此,所构建的纳米载药系统为增强的深组织光动力肿瘤治疗奠定了基础。(4)基于该纳米复合材料,我们进一步通过加载吲哚菁绿(IndocyanineGreen,ICG)和RBS成功构建了光热/光动力/气体多模式协同的肿瘤治疗平台(ZGO:Mn@MnO_2 ICG RBS)。研究结果表明,该纳米平台可以实现软X-射线响应的NO产生,而且在808nm激光激发下,不仅有活性氧产生,还具有较高的光热性能,实现了肿瘤光热/光动力/气体协同治疗。揭示了该纳米平台优异的协同抗肿瘤功效,为开发新型多模式联合增强的肿瘤治疗提供了新的方向。(5)在绿色长余辉发光的基础上,我们进一步制备了具有NIR(708nm)余辉发射的ZnGa_2O_4:Cr(ZGO:Cr)长余辉纳米材料。并基于ZGO:Cr@PDA@MnO_2(ZGO:Cr@MnO_2)纳米复合材料,通过加载阿霉素(Doxorubicin,DOX)和ZnPc光敏剂成功构建了化疗/光动力协同的肿瘤治疗平台。揭示了其软X-射线激活的长余辉NIR光学特性。研究结果表明,该纳米平台可以实现pH响应的抗肿瘤药物释放以及软X-射线触发的活性氧产生,并成功实现了化疗/光动力协同治疗肿瘤,极大程度上提高了癌症治疗的效率。