以化疗和放疗为主的传统癌症治疗,由于其治疗周期长、对人体毒副作用大、易出现耐药性等缺点,严重影响了患者的治疗效果和术后健康。因此,人们亟需更加精准、安全、可控的癌症手段用来辅助或替代传统的治疗方式。近红外光（NIR）和超声（US）由于具有非入侵性、较深的穿透性和高的时/空分辨率等特性而备受关注。而由NIR和US触发的新型癌症诊疗方案具有特定的时/空选择性和微创性,能大大的改善传统癌症治疗的缺陷。随着纳米科技的进步,许多基于光/声刺激的功能性纳米材料被大量研究应用于癌症诊疗领域。其中,二氧化钛（TiO2）纳米材料作为最重要、最经典的金属氧化物之一,具有价格低廉、结构稳定、较高催化活性以及对人类和环境的安全性等优点,可作为光敏剂和声敏剂广泛应用于杀菌、蛋白分离/纯化、医学成像、癌症治疗等许多生物相关领域。然而TiO2是一个宽禁带半导体（带隙3.0～3.2 eV）,其吸收阈值在紫外区,这限制了其在NIR激发的抗肿瘤光疗中的应用。此外,被光/声激活的TiO2中电子和空穴的快速复合也影响了其催化活性。因此提高TiO2的NIR的吸收能力和增加晶体结构中的缺陷物种,对提高其整体的化学反应性能和应用的扩展具有重大意义。此外,如何将TiO2与光/声刺激的癌症诊疗模式巧妙结合以期获得更为理想的疗效,在新型纳米癌症治疗领域中具有很高的研究价值。本论文工作以改性的黑色TiO2为基础,通过结合其他的功能性纳米材料、担载新型的药物等途径,探索新型TiO2基复合材料在光/声刺激的癌症治疗领域中的多功能诊疗应用。本研究工作主要集中在以下几个方面:1.为了提升TiO2的光转换效应和磁性,采用一步氢化还原技术合成了具有多层核壳结构的多功能Fe@γ-Fe2O3@H-TiO2纳米复合材料,可作为光催化、生物成像和光热癌症治疗（PTT）的一种很有前途的多面手。氢化还原法在白色TiO2表面形成深层次缺陷（Ti3+,-OH等）,将其转化为黑色氢化的TiO2（H-TiO2）,从而提高了二氧化钛在Vis/NIR区的吸收,进而提升其太阳光催化活性。引入的Fe@γ-Fe2O3磁性内核,方便催化剂的分离和回收。更重要的是,由于H-TiO2和γ-Fe2O3之间存在更多的电子跃迁通路,Fe@γ-Fe2O3@H-TiO2纳米复合材料显示出更高的光热转换效率。同时,磁性内核赋予该纳米复合材料磁靶向富集和核磁共振成像的能力。因此,这个多层核壳纳米复合材料可以作为一种NIR响应的光热试剂在磁靶向光热治疗中获得更好的抑瘤的效果;同时也可以作为多模态成像探针用于肿瘤部位的红外光热成像、磁共振成像和光声成像。2.为了提高光能利用率和克服肿瘤乏氧环境对治疗效果的影响,设计合成了具有大孔径（～8 nm）的黑色介孔二氧化钛（BMT）作为烷基自由基（-R）生成药物（AIBI）的新型载体,形成BMT@AIBI纳米复合物体系。同时,使用相变材料正十四醇作为堵孔剂,在其熔点38℃以下堵塞BMT孔隙,在其熔点以上则会融化并释放孔隙的AIBI药物。作为光能转换器的BMT可以将NIR的光能转化为热能和化学能（·OH）,分别促进癌症光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）。同时,AIBI将被BMT释放的热量分解为·R进行热动力治疗（TDT）。高浓度的BMT@AIBI纳米复合物产生的自由基导致DNA双链断裂,最终诱导癌细胞凋亡。因为体系中自由基的产生与氧无关,所以在乏氧条件下NIR激发的BMT@AIBI纳米复合物在细胞层面和活体层面都有良好的抗癌效果。因此,这个BMT@AIBI纳米复合物的抗肿瘤诊疗平台,可以进行三重能量转换过程（光能→热能、光能→化学能以及热能→化学能）,实现协同光-热-动力疗法（PTT、PDT和TDT）以克服肿瘤乏氧问题,增强抗癌效果。3.为了获得更好的抗肿瘤疗效和抑制肿瘤的转移,选择具有更高组织穿透能力的US作为外源性刺激,选择NO气体的天然来源精氨酸（LA）负载于大孔径黑色介孔二氧化钛（BMT）内形成BMT@LA“纳米疫苗”,构建抗肿瘤的声动力/气体/免疫治疗平台。US刺激不仅能促进药物渗透和释放,而且能够同时触发BMT和LA分别产生单线态氧（1O2）以及NO气体。同时,US触发的BMT产生的1O2可促进LA的氧化以产生更多的NO。大量的1O2和高浓度的NO使肿瘤细胞产生强烈的氧化应激（OS）和DNA双键断裂损伤,最终导致肿瘤细胞凋亡。结合免疫检查点抑制剂PD-L1抗体,US触发的BMT@LA“纳米疫苗”能够引发较强的抗肿瘤免疫应答,可以达到对原发性肿瘤和转移性肿瘤的有效杀伤与抑制目的。因此,基于BMT@LA“纳米疫苗”可实现声动力治疗、气体治疗和免疫治疗协同增强的抗肿瘤治疗效果。