世界范围内，癌症仍是人类生命的头号杀手之一。为了治疗癌症，人们开发了各种化疗药物。然而，这些化疗药物对癌细胞的杀伤没有选择性，在杀死癌细胞的同时，对人体的正常生理组织也造成损伤。因此，发展具有靶向性杀伤癌细胞的药物是目前急需解决的问题。随着纳米技术的发展，一系列功能化的纳米材料被用于化疗药物的载带研究中，由于纳米材料对肿瘤组织的高通透性和滞留性(Enhanced permeabilityand retention，EPR)，纳米药物递送系统可特异性的富集于癌细胞组织，选择性的杀伤癌细胞，大大降低化疗的副作用。为了达到更好的治疗效果，这些纳米药物递送系统通常被赋予可控性药物释放能力，可以实现在特定的生理病理位置释放药物的目标。所以，研究纳米药物递送系统在生理条件下的药物释放动态过程可帮助人们更精确的控制药物释放，增加化疗药物的有效性，从而设计出更加可控有效的纳米药物递送系统。　　本文主要通过向纳米药物递送系统中引入特定的能量传递关系，观察能量传递平衡被打破后导致的荧光信号变化，在细胞水平上对纳米递送系统的药物释放过程进行荧光可视化研究，并借助荧光分析方法对癌细胞进行诊断和治疗。　　为了研究纳米药物在细胞内的动态释放过程，我们发展了一种具有多种颜色荧光信号变化的纳米药物递送系统。该系统通过将自聚诱导发光分子（四苯基乙烯，TPE）自组装为具有自发荧光性质的纳米载体，并通过静电相互作用载带荧光化疗药物（阿霉素，DOX），形成了一种具有多种荧光的自指示纳米药物递送系统(Self-indicatingdrug delivery system，SIDDS)。其中载体TPE具有蓝色荧光，药物DOX为红色荧光，而SIDDS呈紫色荧光（蓝色和红色的混合色）。通过观察这三种荧光信号在细胞内的合并，分离和去向，便可在亚细胞水平上对药物释放的位点，载体的最终分布以及药物的作用位点进行空间维度上的分析。继续观察不同时间点上三种荧光色彩的变换，进一步在时间维度上对药物释放过程进行了研究。通过SIDDS的研究，我们提出了一种多色荧光自指示药物递送系统的设计概念，利用多种色彩信号的变换，可以设计出利用荧光信号指导药物释放，并将药物释放以荧光信号的形式进行反馈的新型纳米药物设计方案。　　在SIDDS的构建中，我们发现载体TPE和药物DOX之间可以发生荧光共振能量转移(FRET)。基于此现象，我们将TPE和DOX分子通过酰胺键连接形成具有稳定分子距离的FRET荧光分子对(TPE-DOX conjugate，TDc)，利用聚集诱导发光分子的“分子内旋转受限”原理，设计了一种FRET体系中可以控制能量传递的内嵌式能量分流器。通过增加溶剂粘度的物理方法控制供体TPE分子内苯环的旋转，控制供体的荧光发射强度，从而调节FRET的荧光发射。同时，我们还将FRET体系中的内嵌式能量分流器应用到跨键能量转移(TBET)体系中，发现在TBET中，内嵌式能量分流器不能发挥能量流的控制作用，进而从侧面揭示TBET能量传递的高效性。　　在内嵌式能量分流器的研究中，当将TDc分子溶解于粘度更大的纯甘油溶剂时，FRET的发光效率不会随着荧光供体分子的旋转受限而增加，反而发生了很大程度的荧光淬灭现象，我们推测荧光受体间可能发生了聚集诱导淬灭现象。基于此现象，我们将TDc分子溶解于不良溶剂（水）中，借助荧光光谱分析和电镜观察结合的方法，发现TDc分子可以在水中自组装为均一大小的纳米颗粒，同时随着纳米颗粒的形成，荧光受体DOX的荧光会逐步淬灭。因此，我们提出了在TDc纳米颗粒中，TPE和DOX之间发生了荧光能量传递接力(Energytransferrelay, ETR)现象:TPE通过FRET将能量传递给受体DOX，导致自身的荧光淬灭;而DOX发生了聚集诱导淬灭现象，将自身的荧光和供体转移的荧光淬灭。　　TDc分子可以形成均一纳米颗粒，同时会发生ETR效应。若将TDc中的化学键（酰胺键）替换成可以在细胞内响应性断裂的敏感化学键，利用ETR效应，使其自组装为由荧光分子组成的荧光淬灭响应性纳米药物递送系统。因此，我们将TPE和DOX通过腙键连接，使其自组装成具有pH响应性的纳米颗粒(THyD NPs)。由于ETR效应的存在，在没有释放药物前，THyD NPs处于荧光淬灭状态，当其遇到细胞内低pH环境时，药物被释放，ETR效应消失，药物和载体的荧光会从淬灭中被唤醒。因此这是一种类似荧光探针的纳米颗粒，可以检测细胞内的酸性微环境。在药物释放后，TPE和DOX会发生一个荧光生发(Fluorogenic)过程，然后TPE和DOX的荧光转移到各自的亚细胞位置。这个Fluorogenic的过程被称作“从黑暗到光明”，通过观察这个过程，THyD NPs在时间和空间上的药物释放过程被实时动态的记录下来。同时，根据TPE和DOX各自的荧光信号，可以定位载体和药物最终的细胞分布。我们还对本文涉及的DOX及DOX的几种纳米配方在细胞内的释放过程进行了探究。游离DOX通过扩散的形式进入细胞，并快速进入细胞核发挥作用。其进入细胞核之前，不存在溶酶体依赖性;静电相互作用构成的DOX纳米配方，在溶酶体中释放药物，药物在短时间内即可进入细胞核发挥作用;腙键连接的DOX纳米配方经历一个溶酶体依赖性的药物缓释过程;而酰胺键连接的DOX纳米配方不能有效的释放药物。在所有DOX纳米配方中，药物释放后的TPE载体均分布于细胞质中，不进入细胞核影响药物发挥抗癌作用。　　在对TBET分子TRc的研究中，通过供体TPE和受体罗丹明(Rho)的激发，均可使TBET分子产生荧光信号。基于此现象，考虑到TBET分子具有多元激发成像的能力，我们将TRc与DSPE-PEG2000自组装为荧光纳米点，实现了对细胞进行二元激发的双重锁定精确成像研究。　　概括而言，本文主要围绕荧光分子间存在的特殊能量传递形式，并利用能量传递过程中产生的荧光信号变化，对纳米递送系统在亚细胞水平上的药物释放过程在时间和空间两种维度上进行了可视化研究，并对癌细胞进行了精确的成像诊断和治疗。提出了用荧光信号指导药物释放，并通过药物释放反馈荧光信号的新型药物设计方案。为纳米药物递送系统的可控构建提供了新的研究思想。