近年来,随着社会进步和科学技术水平的不断发展,人们的平均寿命和生活水平都得到了显著的提高。然而各种各样的疾病,却仍然在不断威胁着人们的身体健康,影响着病人的生活质量。其中就包括恶性肿瘤和阿尔兹海默症这些造成病人死亡或者痴呆的疾病。基于稀土上转换发光探针（UCNPs）的新型多功能纳米诊疗剂,是目前材料科学和临床医学共同研究的关注热点,是一种极具临床应用潜力的多功能生物医用材料。本研究工作以无机稀土上转换纳米颗粒为载体,担载或嫁接相关药物,在特定的生理微环境中,针对活性氧自由基（ROS）等人体重要因子参与的生理过程,有望实现对肿瘤和阿尔兹海默症的精确检测和高效治疗。主要包括以下研究内容:1.用于阿尔兹海默症的新型稀土上转换纳米诊疗剂研究。我们利用高温热解法合成了NaYF₄:Yb/Er/Tm上转换发光纳米颗粒,用于上转换荧光成像;同时将UCNPs和8-羟基喹啉-2-羧酸键连在一起,这种金属螯合剂对金属诱导的Aβ聚集有较好的抑制作用,能靶向Aβ₄₂淀粉样蛋白沉淀,抢夺并置换出Aβ₄₂淀粉样蛋白沉淀中的Cu²⁺,抑止Aβ₄₂的聚集,分解有毒中间物Cu²⁺-Aβ,阻止其产生ROS;与此同时,结合在UCNPs表面的Cu²⁺能改变UCNPs的发光强度,利用这一改变能灵敏检测Cu²⁺浓度变化,从而原位标记Aβ₄₂的位置,诊断阿尔兹海默症的严重程度。神经细胞实验和活体切片成像实验有效证明了我们设计的纳米颗粒能精确靶向Aβ₄₂淀粉样蛋白沉淀,并且有效抑制神经细胞的凋亡,起到高效治疗的目的。2.用于乏氧肿瘤的气体/化疗协同治疗研究。我们通过高温热解法,成功制备了尺寸均一、分散性良好的稀土上转换发光纳米颗粒(UCNPs:NaYF₄:Yb³⁺/Tm³⁺)。这一功能内核能在980 nm的近红外光照射下,通过上转换机制,产生紫外光以及用于荧光成像的可见光。同时在表面利用高温再生长法包裹了一层NaYF₄,大大增强了内核发光强度。之后进一步采用了反微乳液法和热水刻蚀法,最终得到了中间含有空腔的UCNPs内核/介孔氧化硅外壳的核壳结构纳米颗粒（RUCMSN）。这一结构不但具有良好的生物相容性,也具有较大的内部空间,能在空腔中大量担载生物还原性抗癌药物TPZ,同时能在孔道中有效担载释放CO的金属羰基化合物。化疗药物TPZ能在乏氧肿瘤细胞中大量产生ROS,对乏氧肿瘤造成极强的杀伤作用,并且乏氧程度越高,杀伤作用越明显。而金属羰基化合物一方面能阻碍TPZ在非目标区域自由释放,另一方面能在紫外光照下分解产生CO,抑制呼吸作用相关蛋白酶的活性,从而抑制肿瘤细胞的活性,起到气体治疗的效果。肿瘤细胞的呼吸作用被抑制能产生类似“乏氧”的效果,增强TPZ的杀伤作用,起到协调治疗的目的。乏氧肿瘤细胞及荷瘤鼠实验结果表明,这种新型无机纳米颗粒以及气体与化疗药物协同的治疗策略能高效抑制肿瘤生长和转移。3.用于乳腺癌骨转移的UCL/MR双模态成像以及靶向治疗。我们采用高温热解法和反微乳液法等合成手段,成功的制备了NaYF₄:Yb/Tm@NaGdF₄@mSiO₂纳米颗粒,具有良好的上转换发光性能和T₁磁共振成像功能。实验结果表明,通过靶向配体ZA和pH响应基团PAA的修饰,纳米诊疗剂具有良好的生物相容性,能高效靶向乳腺癌骨细胞区域,并且响应性释放治疗药物PL,杀死肿瘤细胞;同时,也能降低骨细胞分泌RANKL和Sclerostin,减少破骨细胞激活,抑制乳腺癌骨转移发生发展。为今后影像介导下的乳腺癌早期精确靶向治疗和抗转移防复发,提供了借鉴性的研究思路。本论文以纳米合成化学为基础,以新型稀土上转换纳米颗粒为研究对象,以其在阿尔兹海默症和恶性肿瘤领域的应用为研究背景,开展了稀土上转换纳米材料的合成设计、医学应用和相关生物学效应研究工作,以期望能在未来临床重大人体疾病的诊断和治疗中发挥积极作用。