癌症依然是当前全世界范围内引起死亡的一个主要原因。传统的癌症治疗方法主要有化疗,手术和放疗等。然而,由于这些传统的癌症治疗方法存在着一些无法解决的问题,如化疗易引发系统性副作用,手术切除治疗有着高的复发率,放疗中使用的电离辐射会损坏邻近的正常组织而且还受到累积辐射剂量的限制。近些年来,光动力学治疗(photodynamic therapy,PDT)以其非侵入性、可重复治疗、恢复快速、几乎无疤痕、适用性好、副作用小和可实现成像指导的诊断治疗与监测等优点,已被广泛的应用于临床医学中来治疗癌症。但是,由于光动力学治疗中所使用的大部分光敏剂存在水溶性较差、荧光成像信噪比低和选择性较差等问题,特别是大部分癌细胞的高度乏氧性使得基于荧光的成像和光动力治疗在应用方面仍存在着较大的挑战。针对当前荧光成像和光动力学治疗存在的这些问题,表面功能化的二维过渡金属硫族化物纳米材料,由于其类石墨烯的结构和独特的物理化学性质,已被广泛的应用于纳米医学中。在前人工作的基础上,本论文构建了基于MoS2和WS2的多功能生物探针,并将这些新的纳米探针用于肿瘤细胞的成像和光动力学治疗中。具体工作如下所示:1、基于MoS2纳米盘的多功能探针用于细胞内ATP成像及可控的光动力学治疗本文报道了一种基于MoS2纳米盘的多功能纳米探针用于细胞内ATP成像以及通过ATP介导的单线态氧的可控释放进行可控的光动力学治疗。该探针是通过将chlorine e6(Ce6)标记的ATP适配体负载在MoS2纳米盘表面制备而成的。MoS2纳米盘拥有有良好的生物相容性,不寻常的表面积和体积之比,对单链DNA较强的吸附力以及对Ce6荧光较强的猝灭能力。当探针进入细胞中富含ATP的溶酶体中后,就会被ATP识别从而导致Ce6标记的ATP适配体从MoS2纳米盘表面解离下来。此时当以633 nm的激光照射时,就可以对细胞内的ATP进行灵敏的,特异性的成像。而且,这种ATP介导的适配体的释放在660 nm的激光照射下,可以引起单线态氧的释放,从而使得细胞以溶酶体途径死亡。实验结果显示,该纳米探针对ATP有灵敏的、特异性的响应。并且,当该纳米探针在2.5μM时,细胞的存活率达到了 80%以上;但是,经过66 J cm-2的激光处理的细胞的死亡率高达77%;这些结果充分地说明该纳米探针有着较低的暗毒性和较高的光毒性。总之,这种可控的光动力学治疗为构建多功能纳米诊疗探针提供了一种有效的方法模型。2、基于WS2纳米片的细胞色素c激活的供氧型探针用于乏氧肿瘤细胞的治疗监测大部分光敏剂的选择性较差易引起严重的副作用,是光动力学治疗中常面临的主要问题之一。另外,由于光动力学治疗对O2有着较大的依赖性,而大部分的肿瘤细胞是乏氧的,从而使得光动力学治疗的效率较低。为克服这些问题,本文设计了一种细胞色素c激活的,O2供给型的多功能纳米探针用于改善PDT效率以及用于治疗监测。该多功能纳米探针是将一种双标记的DNA aptamer(一端修饰光敏剂分子亚甲基蓝MB,另一端修饰具有催化活性的Hemin)通过非共价作用力组装在PEG化的WS2纳米片的表面而成,其中WS2-PEG进一步用可以靶向线粒体的靶向配体(triphenyl phosphonium,TPP)进行修饰。当纳米探针被癌细胞选择性吸收后,会选择性地进入包含着胞色素c和大量活性氧分子特别是H2O2的线粒体内。然后,细胞色素c就会与DNA aptamer特异性地结合使得DNA aptamer从WS2纳米片的表面解离下来,导致MB的荧光以及Hemin的催化活性的恢复。同时,H2O2会被Hemin催化为02,从而缓解了肿瘤的乏氧程度。当用660 nm激光照射时,在充足的O2的情况下,MB就会引发1O2的产生导致细胞以线粒体途径死亡。在线粒体膜通透化后,荧光恢复的MB分子就会从线粒体中转移到细胞质中,这就为进行原位治疗监测提供了基础。初步的实验结果表明,已成功地制备出了稳定性较好的WS2-PEG5000-TPP。而且WS2-PEG5000-TPP对光敏剂分子有着较强的猝灭能力,这就为提高光敏剂分子荧光成像的信噪比以及可控地调节单线态氧的产生提供了可能。总之,该纳米探针不仅能够用于特异性识别肿瘤细胞以及缓解肿瘤细胞的乏氧程度提升光动力学治疗的效率,还可以用于进行高效的原位成像、治疗和疗效监测。本文为构建可以用于改善肿瘤选择性和乏氧程度,以及原位成像、治疗和治疗监测的多功能纳米探针提供了一种新的模型方法。