活性氧（ROS）是一类重要的生物信号分子,参与调控生物体内细胞增殖、分化和凋亡的信号通路。因此,生物组织内活性氧信号水平的调控已成为生物医学研究的热点之一。在众多活性氧水平调控方法中,光动力疗法（PDT）由于较高的区域选择性和较低的副作用备受关注。光动力疗法被广泛应用于治疗肿瘤等多种疾病,它利用光敏药物在光照下发生光敏作用,提高细胞内高活性氧的水平,而后产生的活性氧和生物大分子如蛋白质、DNA发生反应,进而直接破坏肿瘤组织或者激发免疫系统,达到治疗癌症的效果。我们在研究共轭高分子生物成像的应用中发现经过适当的共轭高分子经过适当修饰可以同时实现光动力治疗和生物成像,因此有望运用于生物诊疗等多个领域。本论文致力于研究和拓展共轭高分子在诊疗一体化中的应用,以实现光调控细胞氧化还原微环境为主要目的,设计了不同π-共轭主链结构的高分子材料,以实现近红外成像、光动力治疗、光热效应等多重功能,并将复合所得的纳米体系应用在抗肿瘤药物运载和控释。本论文的主要研究内容如下:1.我们设计并用钯催化的Suzuki偶联反应合成了含有芴（F）、苯并三氮唑（BTA）、噻吩并吡嗪（TP）结构单元的三元共聚物PFBTA。聚芴是生物医学研究中运用较多的共轭高分子主体。我们利用电子给体单元芴与电子受体单元噻吩并吡嗪构建的D-A共轭体系,其吸收波长和发射波长均可以从红光区延伸到近红外Ⅰ区,有效地获得生物荧光成像、纳米载体光学示踪以及光疗所需的活体组织穿透能力;而苯并三氮唑能够在特定波长的光照射下产生活性氧,非常适合作为光动力疗法中的光敏剂。研究发现,在正常氧浓度或乏氧环境下,PFBTA均可以在光照条件下使溶液中活性氧含量增加。这表明在氧浓度较高时,该共轭高分子能够通过Ⅱ型光化学反应,将其三重激发态的能量传递给氧分子形成单线态氧1O2;而在乏氧条件下,PFBTA又能通过Ⅰ型光化学反应,同底物或溶剂分子等发生电子或质子转移,形成高活性氧自由基。肿瘤组织由于生长迅速与血液供应不足,导致其乏氧现象严重。现有的很多光敏剂倾向于进行Ⅱ型光动力反应,对氧气的依赖性较大;而PFBTA可进行Ⅰ型反应,肿瘤乏氧微环境对其利用光动力效应杀伤癌细胞能力的影响较小。通过调控TP和BTA的比例,我们发现该共轭高分子的单线态氧量子产率最高达到0.74;而不掺入BTA时,共轭高分子的活性氧产生能力极低,证实了苯并三氮唑这一结构单元在提高活性氧生成效率中的核心作用。我们选用三种荧光指示剂即1,3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）、香豆素-3-羧酸（3-CCA）、2’,7’-二氯二氢荧光素（DCFH）分别获得了共轭高分子PFBTA在光照条件下生成活性氧的能力及速度。我们还将共轭高分子包裹纳米颗粒的内部,利用电子顺磁共振波谱研究光敏剂在氧气扩散速度受限的条件下的光化学反应;结果表明除了形成少量单线态氧,PFBTA在光照下主要形成超氧阴离子自由基O2-·。2.我们将芴与吡咯并吡咯二酮（DPP）结构单元通过Suzuki反应偶联成了 D-A型共轭高分子PFDPP,其中DPP兼有光照生成单线态氧的能力和光热效应,但在近红外区域的吸光度小,因此有必要修饰其结构使之更适合应用在光疗领域。研究表明PFDPP的光学吸收覆盖了红光区和近红外Ⅰ区,荧光发射也到达近红外Ⅰ区,能够应用于生物活体成像。PFDPP在光照下单线态氧生成的量子产率为0.68。3.我们针对肿瘤氧化/还原微环境设计了光控释放和氧化应激协同作用的纳米药物递送系统（DDS）。其中构成载体的高分子是含有苯硼酸酯官能团的活性氧敏感性葡聚糖RD（ROS-Sensitive Dextran）,上面还偶联了 2-脱氧葡萄糖（2-DG）,这是一种葡萄糖代谢的竞争剂,能够抑制肿瘤细胞内的糖酵解和ATP的合成,诱导其凋亡。我们通过超声乳化法制备了 RDDG的纳米载体,其中包封了油溶性抗肿瘤药物多柔吡星（DOX）和光敏剂PFBTA。共轭高分子既能够荧光示踪细胞内吞的纳米载体,又能够在光照射下产生活性氧,并具有良好的抗光漂白能力。动态光散射和电镜观测证实,经光照射后PFBTA产生的活性氧和模拟肿瘤高含量活性氧微环境的过氧化氢均可以触发纳米载体的解离。光照和过氧化氢均能够促进纳米颗粒快速释放负载的药物:其机制为活性氧破坏苯硼酸酯,引发体系疏水—亲水转变,破坏纳米颗粒的结构,导致偶联的2-DG和DOX这两种抗肿瘤药物释放。人乳腺癌细胞MCF-7实验证实吞入纳米载体后经过光照,细胞内活性氧浓度升高了近一倍。这是因为光生的活性氧能造成内涵体/溶酶体膜的损伤,使纳米颗粒有效地逃逸,同时活性氧加速纳米颗粒的降解,增强了光动力光敏剂在肿瘤细胞液中的富集效果。活性氧响应的纳米载体在光动力疗法-化学疗法的协同方面显示出巨大的潜力。我们的研究为设计基于共轭高分子的光疗体系来提高精确癌症治疗效果提供了一个新的思路。