癌症已经成为威胁全球健康的主要公共问题之一。如何实现癌症的早期诊断和靶向治疗是癌症临床领域亟需解决的科学问题。纳米技术作为一种新兴的技术手段,在生物医学等诸多领域具有广泛的应用前景。纳米材料学是纳米技术发展的重要内容,其中金属基纳米材料（metal-based nanoparticles,MNPs）作为一类具有强大催化能力、良好导电性和导热性以及优异光学性质等物理化学特性的纳米材料,在癌症诊断和治疗方面具有广阔的应用前景。本文利用MNPs的独特优势构建多功能纳米诊疗平台,对癌症进行早期诊断和治疗,希望为设计用于癌症的多功能纳米诊断试剂和治疗药物提供新的思路与研究方法。第一部分基于ATP-h PBNCs增强的类过氧化物酶活性构建比色传感器用于检测碱性磷酸酶目的:利用5’-三磷酸腺苷（ATP）对中空介孔普鲁士蓝纳米立方体（h PBNCs）类过氧化物酶活性的调节作用实现在碱性环境中对碱性磷酸酶（ALP）的定量测定,为肿瘤的发生和发展提供及时准确的诊断和评估。方法:在介孔普鲁士蓝纳米颗粒（MPBs）的基础上,采用PVP保护的盐酸蚀刻工艺得到h PBNCs。在ATP的辅助作用下,h PBNCs表现出增强的类过氧化物酶活性以及扩宽的p H适用范围。通过紫外-可见分光光度计,电子顺磁共振波谱仪（ESR）,荧光分光光度计,电化学工作站等手段分析了ATP改变h PBNCs催化活性原因。基于ATP、5’-二磷酸腺苷（ADP）和5’-单磷酸腺苷（AMP）对h PBNCs催化活性的增强程度不同,以3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）为底物,构建h PBNCs-ATP新型的比色传感器用于血清样品中ALP活性的检测。结果:实验结果证明ATP通过以下五方面改变h PBNCs的催化性能:（1）ATP能显著提高h PBNCs在碱性溶液中的稳定性;（2）参与ATP促进催化反应的活性中间体是单线态氧（~1O2）而不是·OH;（3）ATP稳定生成的氧化TMB,使其保持较长时间的稳定性;（4）ATP的加入提高了底物与催化剂的亲和力,增加H2O2分解的催化位点;（5）ATP提高h PBNCs的电导率。以上五方面共同作用显著增强了h PBNCs在p H 2～12范围内的催化活性。此外,ATP诱导的h PBNCs催化活性的增强是ATP与h PBNCs吸附的结果,其酶活性效率的提高与ATP的结构密切相关。基于h PBNCs-ATP构建的比色传感器可实现血清中ALP的检测,回收率在97.68%～105.40%之间,相对标准差在2.13%～3.22%之间,具有良好的回收率和精密度,表明该方法可用于血清中ALP的定量分析。结论:本研究表明ATP可以作为一种促进剂,在p H 2～12范围内提高h PBNCs的类过氧化物酶活性,可实现对癌症标志物-ALP的测定。这项工作将帮助我们进一步探索提高模拟酶催化活性的调节剂,并扩展其在癌症诊断中的应用。第二部分基于多孔ZnO-Co3O4纳米笼的比色法用于血清中Cu2+的检测目的:基于多孔双金属氧化物纳米笼（ZnO-Co3O4 NCs）的比色法实现对血清中Cu2+的检测,为癌症的早期诊断提供更便捷、准确的方法。方法:以ZnCo-沸石咪唑骨架（ZnCo-ZIF）纳米晶为前驱体,采用直接煅烧法制备了ZnO-Co3O4 NCs。得到的ZnO-Co3O4 NCs具有优异的类过氧化物酶活性,半胱氨酸（Cys）的加入对ZnO-Co3O4 NCs催化活性有抑制作用,而Cu2+可以与Cys特异性结合使得ZnO-Co3O4 NCs催化活性得到恢复。基于ZnO-Co3O4 NCs/Cys构建的传感器能够在PBS和血清中快速灵敏检测Cu2+。结果:基于ZnO-Co3O4 NCs的类过氧化物酶活性建立了检测Cu2+的“off-on”开关系统的传感平台,该传感器在血清中检测Cu2+的线性范围为2～100 n M,检测限为1.08 n M。该方法具有较高的灵敏度和选择性,无需预处理即可用于血清中Cu2+的定量测定。结论:合成的ZnO-Co3O4 NCs具有优异的类过氧化物酶活性,并基于此建立了一种新型的检测Cu2+的“off-on”开关系统的传感平台。该传感器实现了生物样本中金属离子的快速准确检测,提供了一项便捷的潜在临床癌症快检技术方案。第三部分线粒体靶向多功能纳米平台用于肿瘤级联光疗和缺氧激活化疗目的:针对肿瘤的缺氧微环境,设计多功能纳米平台联合光疗与缺氧激活化疗,通过光疗消耗氧气加剧肿瘤缺氧微环境,进而激活缺氧激活前药的抗癌效果,达到协同杀死缺氧肿瘤细胞的作用。方法:采用具有高近红外（NIR）光热转换能力的聚多巴胺（PDA）包覆的空心硫化铜纳米颗粒（HCu S NPs）作为纳米光热试剂。HCu S NP s的中空介孔结构可以实现缺氧激活前药TH302的有效负载。PDA涂层表面的活性基团与二氢卟吩e6（Ce6）和线粒体靶向配体三苯基膦（TPP）共价连接。选择扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）以及N2吸脱附实验等手段对HCu S@PDA-Ce6/TPP NPs的结构和性质进行表征。使用高效液相色谱法（HPLC）对TH302的负载和释放进行监测。采用B16F10细胞进行细胞毒性和细胞摄取等研究。选取C57BL/6荷瘤小鼠小鼠进行HC u S-TH302@PDA-Ce6/TPP NPs载药体系的体内抗肿瘤效果评价,选用苏木精-伊红染色法（H＆E染色）对组织形态进行观察。结果:通过SEM、TEM、XRD、FTIR等手段证明了HCu S-TH302@PDA-Ce6/TPP NPs的成功合成。药物释放实验证明该平台具有p H和近红外光响应性药物释放能力。细胞摄取实验证明HCu S-TH302@PDA-Ce6/TPP NPs在TPP作用下优先富集在线粒体中。以DCFH-DA和Hypoxyprobe-1（?）为探针,证明了纳米平台介导的光动力治疗（PDT）引起活性氧（ROS）生成并加剧缺氧程度。MTT实验说明HCu S-TH302@PDA-Ce6/TPP NPs在660和808 nm激光联合照射下表现出最高的细胞毒性,说明联合光热治疗（PTT）、耗氧PDT和后续缺氧激活化疗的治疗效果最佳。此外,该纳米平台在体内也表现出增强的治疗效果。结论:我们构建的基于HCu S-TH302@PDA-Ce6/TPP NPs的新型线粒体靶向治疗系统,可以用于肿瘤特异性协同缺氧激活化疗/PDT/PTT,在体内外取得良好的抗肿瘤作用。我们的研究将促进缺氧激活前药联合光疗在肿瘤治疗中的临床应用。第四部分基于青蒿琥酯的多功能纳米平台用于光疗/化学动力疗法协同抗肿瘤作用的研究目的:PDT的治疗效果严重受限于肿瘤缺氧微环境,并且在治疗过程中,癌细胞会表现出PDT抗性。通过构建具有O2自供应能力的Z型异质结纳米平台将PDT与青蒿琥酯（Art）联用可以缓解缺氧微环境,克服PDT抗性,实现化学动力疗法（CDT）/PTT/PDT协同治疗,提高肿瘤治疗效率的同时有效降低副作用。方法:采用溶剂热法合成了硫化铋纳米棒（Bi2S3NRs）。使用水合肼对Bi2S3NRs进行还原处理,在Bi2S3NRs上生长Bi层以形成异质结（Bi2S3@Bi NRs）。PDA/碳酸氢铵（ABC）层通过在碱性条件下多巴胺的氧化自聚合涂覆在Bi2S3@Bi NRs表面。PDA/ABC涂层可以用来装载Art。Art是从中草药青蒿中提取的一类含内过氧化物的倍半萜,可以被细胞内Fe2+离子激活以生成ROS,从而实现高效的非H2O2依赖性的CDT治疗。据报道,Art可以抑制GPX4的表达,这可以大大提高Bi2S3@Bi NRs的PDT效率。使用聚多巴胺/碳酸氢铵（PDA/ABC）包覆Bi2S3@Bi NRs核。涂覆在纳米平台表面的透明质酸（HA）层可以提高对CD44受体过度表达的癌细胞的靶向效率。采用TEM、XRD、FTIR以及X射线光电子能谱（XPS）等手段对Bi2S3@Bi@PDA-HA NRs的结构和性质进行表征。采用高效液相色谱法（HPLC）对Art的负载和释放进行监测。采用4T1细胞进行细胞毒性和细胞摄取等研究。采用荷瘤BALB/c小鼠进行Bi2S3@Bi@PDA-HA/Art NRs纳米平台的体内抗肿瘤效果评价,采用H＆E染色对组织形态进行观察。结果:通过TEM、XRD、FTIR、XPS等手段证明了纳米平台（Bi2S3@Bi@PDA-HA/Art NRs）的成功合成。体外实验表明纳米平台具有良好的光热性能且在近红外光照射下同步产生O2和ROS。药物释放实验证明该平台具有p H/光热响应性药物释放能力。细胞摄取实验说明Bi2S3@Bi@PDA-HA NRs能够靶向高表达CD44受体的癌细胞,并在癌细胞的溶酶体中选择性积聚。以DCFH-DA和[Ru（dpp）3]Cl2（RDPP）为探针,证明了纳米平台可以有效触发细胞内ROS和O2的生成。酶联免疫吸附剂测定谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的结果表明Art与PDT联用可有效抑制细胞内GPX4的表达,增强氧化损伤。MTT实验说明Bi2S3@Bi@PDA-HA/Art NRs无论在乏氧还是在常氧条件下,均表现出较高的细胞毒性,说明该平台可以同步产生大量的O2和ROS,以进行缺氧肿瘤治疗。值得注意的是,该平台在体内也表现出明显的抗肿瘤功效。结论:本研究基于Bi2S3@Bi@PDA-HA/Art NRs的多功能治疗平台,Bi2S3@Bi NRs的Z型异质结不仅使纳米平台具有优异的光热性能,还能够同步产生O2和ROS用于缺氧肿瘤的PDT,负载的Art不仅可以利用细胞内源性Fe2+进行CDT,而且还可以抑制GPX4的表达,减少PDT抗性,最终实现了PDT/PTT/CDT的协同治疗效果。优异抗肿瘤活性和良好生物相容性使得纳米平台在癌症治疗方面具有相当大的应用潜力。