刺激-响应型材料在生物医学领域应用越来越广泛,这些应用包括诊断、药物递送、组织工程和医学器件。随着对各种生物响应机理的深入理解,研究人员在材料化学、生物分子工程、制药科学、微/纳制造等领域取得了一系列创新性成果,也极大促进生物响应材料的发展。智能生物响应材料将会成为最引人注目的新一代精准医疗的诊疗平台。作为表现优异的光电功能材料,共轭高分子在生物医学诊断和治疗中表现非常巨大的应用前景。本论文致力于“智能”生物响应的共轭高分子纳米材料在生物成像、光疗和药物递送中的应用。论文主要研究内容分为四个部分:1.我们设计了一种对神经递质多巴胺分子响应的共轭高分子纳米探针,用于荧光检测PC12细胞和斑马鱼脑部的多巴胺。纳米探针结合了良好的生物相容性和高的光稳定性,能够在生理条件下和活细胞/组织内检测神经递质。该纳米探针表面大量修饰了苯基硼酸“标签”,对多巴胺分子选择性富集;共轭高分子的荧光信号放大特征赋予纳米探针高的灵敏度性,检测多巴胺的极限为38.8 nM,并且受其他内源性神经递质分子的干扰很小。该纳米体系具有可负载药物的内核以及富集周围多巴胺分子的能力,未来可发展为诊断和治疗与神经递质相关疾病的多功能平台。2.我们设计了一种三磷酸腺苷（ATP）响应和近红外成像引导治疗的药物递送体系。这种共轭高分子纳米载体的表面标记了氟基苯硼酸基团作为癌细胞表面过表达的唾液酸等分子以及癌细胞内高浓度ATP的双结合位点,表现出对肿瘤细胞靶向性和对细胞内高水平ATP依赖的刺激-响应控制释放抗癌药物的特性,并能显著增强细胞毒性。我们使用肝细胞（Heps）荷瘤小鼠作为肿瘤动物模型,发现该递送系统显著抑制了肿瘤的生长。结合共轭高分子在动物活体中的近红外成像功能,我们还定性评估了载体给药的过程。该研究为成像引导诊疗体系的设计提供了一种思路,有望促进癌症的精确治疗。3.我们还发展了一种基于共轭高分子的新型药物递送平台,首次利用光激活乏氧响应模式,联合光动力和化学疗法提高抗肿瘤效果。这种智能递送系统能够有效地产生单线态氧并诱导乏氧,促进其在细胞内和肿瘤中的药物释放,增强细胞毒性、诱导癌细胞凋亡。我们使用HeLa荷瘤小鼠作为肿瘤动物模型,证明了该递药体系比单一的光动力治疗更能显著增强抗肿瘤效果。该研究为刺激-响应型纳米载药系统提供一种新颖的设计策略：一种刺激元素能够激活肿瘤细胞内新的一系列刺激机关,从而加强协同治疗癌症的功效。4.仿生纳米医学是纳米医学研究领域一个新的发展方向。我们受到天然厌氧菌选择性入侵肿瘤乏氧区域并摧毁肿瘤的启发,首次提出了仿生厌氧菌抗癌纳米囊泡的概念。聚合物合成的纳米囊泡能够模拟厌氧菌的功能,在肿瘤的厌氧区域被激活并杀死癌细胞,此外还能在肿瘤中后续制造厌氧微环境,进而触发自身释放药物并激活药物的抗癌能力。这种纳米囊泡在氧化-还原平衡的细胞中较稳定;一旦用光照打破平衡,则显示出一系列协同杀伤癌细胞的能力。这种仿生和协同治疗相结合的新模式为发展工程化刺激-响应型药物递送系统提供了一种新的思路,也可应用于治疗与乏氧相关的其他疾病,如缺血性脑中风和心肌梗塞。