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一直以来,癌症都是人类最大的杀手之一,每年死于癌症的人数占全球总死亡人数的四分之一,治疗癌症的方法也是层出不穷。近年来,光动力治疗以其创伤小、靶向性强、毒副作用小以及对造血系统和免疫系统的零损伤等优点备受科学家们的关注。然而光动力治疗由于光敏剂的限制大多拘泥于可见光激发,所以生物组织吸收极少的近红外光成为研究者们想要利用的对象。因此可以制作一种光转换器来解决光动力面临的难题,即上转换纳米材料。本文以能够满足这一要求的稀土元素掺杂Gd2O3纳米材料为研究对象,以期获得一种可用于近红外光激发肿瘤光动力治疗的纳米光转换器。本文首先通过简单的水热法制备出了Yb元素和Tm元素共掺杂的Gd2O3纳米材料的前驱体,经过高温煅烧后获得具有优异上转换荧光性能的Gd2O3:Yb,Tm纳米颗粒。实验结果表明,在980 nm激光的激发下,该材料能够发射出明亮的蓝色上转换荧光（470-520 nm）。Yb元素和Tm元素的掺杂比例对产物的发光强度有显著影响,当Gd、Yb、Tm三种元素的掺杂比例为0.959:0.039:0.002时,产物的发光强度最高。以人宫颈癌细胞（HeLa细胞）和肝癌细胞（HepG2细胞）为细胞模型,研究了Gd2O3:Yb,Tm纳米材料的细胞毒性,结果表明,在500μg?mL-1的浓度以下,与Gd2O3:Yb,Tm纳米材料共培养24小时的细胞的存活率可达78.0-82.3%,证明该材料细胞毒性较低,生物相容性良好。为了令Gd2O3:Yb,Tm纳米颗粒能够在光动力治疗过程中发挥光转换器的作用,选择最大光吸收与Gd2O3:Yb,Tm纳米颗粒的上转换荧光峰位错配很小的光敏剂部花青540（MC540）为肿瘤光动力治疗药物。将其负载于所制备的Gd2O3:Yb,Tm纳米颗粒,得到了Gd2O3:Yb,Tm-MC540纳米材料。光敏剂MC540在495-540 nm范围内有最大光吸收,将其负载于Gd2O3:Yb,Tm纳米颗粒,可以充分利用980 nm近红外光激发下,Gd2O3:Yb,Tm纳米颗粒所发射出的上转换荧光,进而产生单线态氧杀灭癌细胞。以HeLa细胞和HepG2细胞为细胞模型,研究了Gd2O3:Yb,Tm-MC540在近红外光激发肿瘤光动力治疗中的应用。结果表明,以980 nm激光为入射光,在光功率密度为0.65 W?cm-2、照射时间为5 min的低照射剂量条件下,可以在避免细胞过热损伤的前提下,实现癌细胞HeLa细胞和HepG2细胞的高效光动力杀伤。Gd2O3:Yb,Tm-MC540纳米材料的亚细胞定位研究结果表明,Gd2O3:Yb,Tm-MC540纳米材料能够被HeLa细胞和HepG2细胞有效吞噬,并对这两种癌细胞的溶酶体具有靶向性。通过对比观察光动力治疗前后细胞的微观形态、细胞存活率等手段,研究了光动力治疗过程中癌细胞的死亡方式。结果表明该过程中细胞可能的死亡机理是:在980 nm激光的照射下,优先进入溶酶体的Gd2O3:Yb,Tm-MC540释放出大量的单线态氧,引起溶酶体的光损伤并向细胞质释放出可破坏线粒体的溶酶体酶,从而诱发细胞凋亡和细胞自噬。由于细胞遭受了过量的光损伤,所以尽管细胞在激光照射刚刚结束之时就发生了自噬,也难以进行自救,最终导致了细胞的继发性坏死,以及细胞存活率的显著下降。在该部分研究中,细胞凋亡的发生通过罗丹明123对癌细胞线粒体的荧光标记,以及醋酸锇染色细胞中所观察到的细胞核染色质的凝聚而得以确认;细胞自噬通过醋酸锇染色细胞中所观察到的大量自噬体而得以确认;细胞坏死则通过醋酸锇染色细胞中所观察到的细胞膜的严重破裂而得以确认。上述研究结果表明,本文所制备的Gd2O3:Yb,Tm上转换荧光纳米材料在近红外光激发肿瘤光动力治疗中极具应用前景。