辐射是常见的自然现象,天然和人工来源的电离辐射在我们的日常生活中普遍存在。除了能够直接同生物大分子作用,对机体造成损伤之外,电离辐射还可以引起水的辐解,所产生的活性氧可以高度影响生物体内细胞活动,这些影响被内源性信号放大并最终导致对DNA、脂质、蛋白质和许多代谢物的氧化损伤。电离辐射的这一特性也被正向应用于医学诊断及临床治疗。纳米气泡是指分散在溶液中的亚微米气态域,具有超高稳定性,它们可以存活数小时甚至数天。纳米气泡广泛存在于自然界中,产生纳米气泡的手段也很多样。越来越多的研究表明,涉及到水溶液的物理、生物、化学等各种反应过程中都可能存在或产生纳米气泡。但这些反应往往因为无法观测其中的纳米气泡而忽略其可能的影响。随着制备及检测技术的进步,纳米气泡已被广泛应用于水体修复、农业种植,能源利用等领域。此外,特别是在过去十年中,纳米气泡在生物医学诊断和治疗应用方面得到了飞速的发展。水的辐解及其后续活性氧产物作为辐照诱导的生物效应的重要实现手段,与其相关的电离辐射诱导的生物损伤机理研究已经取得了很大进展,但考虑到辐照过程中涉及的能量传递及水和溶液作为辐照能量传递的主要发生场所等因素,研究辐照过程中可能产生纳米气泡及其对辐照生物效应的影响显得尤为重要。目前纳米气泡应用于辐照诱导的生物效应已成为新兴的研究方向,已有的研究大多围绕氧气纳米气泡有效供氧进而增强光动力疗法效应展开。纳米气泡的作用被局限在运输载体上。纳米气泡具有的优异的和独特的性质,如高比表面积、长寿命、静电特性、强表面吸附和声学特性等尚未在辐照诱导的生物效应中得到完全展现。为了更深入研究纳米气泡在辐照生物效应中的影响,同时,受限于纳米气泡相对含量较少及辐照诱导生物效应过程的复杂性,本论文将辐照生物效应的纳米气泡作用机理的研究细分并缩小到具体的场景中,从辐照生物效应的实现过程出发,重点研究辐照生物效应中的纳米气泡影响机理。本论文计划首先研究电离辐射是否产生纳米气泡,发展一种以电子加速器辐照产生体相纳米气泡的方法;进一步以加压减压法产生的稳定已知气源的纳米气泡为手段,以辐照产生的光敏损伤为作用原理发展起来的光动力治疗为对象,研究了纳米气泡在光致光敏损伤中的影响机理;最后我们将其应用于具体的生物损伤实验中,验证了体相纳米气泡与辐照引起的生物损伤的量效关系,以期提出一种新的或者多种方法来诠释纳米气泡对辐照生物效应的影响。为推动纳米气泡生物医学等领域的应用带来启发。本论文主要的进展包括三部分。首先从辐照生物效应的起源入手,将辐照这一宽泛的能量传递方式具象化为电子加速器产生的荷能电子辐照,通过纳米颗粒示踪分析手段对电子加速器辐照产生的纳米气泡粒径及含量进行了测量。实验结果表明电子加速器辐照确实能够产生纳米气泡,并且辐照剂量及辐照剂量率决定了其的形成,当辐照剂量固定时,辐照剂量率越高,产生的纳米气泡数量越多,而辐照剂量率确定时,在一定辐照剂量范围内,纳米气泡的生成数量同辐照剂量成正比。这一体相纳米气泡的产生方式同以往所有的方法均有所不同,它将液态水及溶液的辐射同纳米气泡连接起来,为纳米气泡更多元化的研究提供了方向。其次,考虑到辐照生物效应实现的多样性,本论文选用了以辐照诱导的生物损伤为主要原理的光动力学治疗作为主要研究对象,探究了纳米气泡的存在对辐照诱导的生物效应的具体实例,即光动力治疗中光敏剂的光化学性质的机理影响,实验结果表明纳米气泡能够延缓左氧氟沙星激发三重态的衰减,并且以自身特殊的尺寸增强光敏剂的电荷转移过程,相反的,纳米气泡对左氧氟沙星激发三重态的能量转移过程则起到了减弱的作用。这说明了纳米气泡能够以自身特殊的尺寸影响光敏剂的光化学性质,也期望能以纳米气泡对光敏剂的影响为起点,逐步打开纳米气泡更广阔的应用天地。最后,利用纳米气泡对光敏剂的影响,探究了纳米气泡对辐照诱导的生物大分子损伤的影响。实验结果表明,在光敏剂以电荷转移为主要损伤手段的生物大分子的光致损伤过程中,纳米气泡的存在能够加剧损伤,在相同的无氧条件下,纳米气泡尺寸带来的界面效应及自身的Zeta电势特性为这种增强效果提供了解释。这一发现也有利于光敏剂的正确施用,同时也显示了纳米气泡作为工程纳米材料在放疗增敏等方面的巨大应用潜力,也为纳米气泡在辐照生物学效应中的相关应用拓宽了范围。