基于超声触发声敏剂产生活性氧进而高效杀死肿瘤细胞的声动力学治疗(SDT)作为一种新兴的肿瘤治疗方式,由于其非侵入性、较高的组织穿透深度以及较低的毒副作用而受到广泛关注。然而,肿瘤微环境的乏氧特性和高表达的谷胱甘肽限制了活性氧的生成效率和SDT的治疗效果。亟需联合气体治疗、化学动力学治疗等其它新型绿色治疗方式来弥补单一SDT的不足。因此,开发多功能声敏剂,集SDT/气体治疗/化学动力学治疗中的两种或三种模式于一体,获得兼具成像和治疗功能一体化的声敏剂,对肿瘤的及时精确诊断和安全高效治疗具有重要意义。金属元素掺杂的空心介孔二氧化硅纳米粒子由于具有巨大的空腔结构、均一可调的介孔结构、易于化学修饰的内外表面、高效的客体分子担载效率、酸响应性骨架降解与金属离子和药物释放以及优异的生物相容性等一系列优点,为构建多功能纳米平台应用于SDT与其它治疗方法相结合的联合治疗提供了策略。本论文以肿瘤便捷、安全、高效诊疗实际应用为导向,以金属元素掺杂的空心介孔二氧化硅纳米粒子为功能载体,围绕纳米粒子的可控合成与功能化修饰,开展了基于纳米粒子的MRI成像、SDT/气体/化学动力学协同治疗应用及生物学效应研究,主要内容包括以下四章:第一章综述了SDT对肿瘤细胞的杀伤机制,肿瘤微环境对声动力疗效的影响以及针对肿瘤微环境影响因素提出的改善方式,简要介绍了几种常见气体在肿瘤治疗中的应用,并对本文的研究思路提出了设想。第二章设计合成了铁掺杂的空心介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe-HMSNs),进一步在表面修饰SO2气体供体DNs并包裹细胞膜,构建了CCM@Fe-HMSNsDNs用于增强氧化应激和提高肿瘤治疗效果。在生物体中,活性氧和抗氧化剂系统处于平衡状态。当这种平衡被打破时,尤其是抗氧化系统受损时,将引起氧化应激导致细胞毒性。所构建的CCM@Fe-HMSNs-DNs纳米材料在同源靶向作用下增加了肿瘤部位纳米颗粒的聚集。在谷胱甘肽作用下,该纳米体系释放出SO2气体和铁离子。SO2气体通过影响细胞中的抗氧化系统,即减少细胞中超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽(GSH)的含量,达到破坏细胞内抗氧化系统的目的。另外,该纳米体系还具有声动力和化学动力学效果。纳米颗粒在超声照射后会产生大量ROS,同时肿瘤微环境促使铁离子的释放,铁离子与过氧化氢在肿瘤部位发生Fenton反应产生ROS。因此,CCM@FeHMSNs-DNs通过抑制抗氧化系统和增加ROS含量两个方面改变了细胞内的氧化还原平衡,扩大了氧化应激作用,进而提高了SDT/气体/化学动力学联合治疗效果。第三章设计合成了锰掺杂的空心介孔二氧化硅纳米粒子(MH),进一步将声敏剂孟加拉玫瑰红(RB)和NO气体供体SNO分别修饰在其空腔和表面,构建了MH-SNO@RB用于SDT/NO气体协同治疗。近年来,SDT由于其无创性和深层组织穿透性,在癌症治疗领域引起了广泛的关注。然而,SDT的治疗效果仍然受到实体瘤内在乏氧环境和高含量GSH的限制。协同治疗策略能有效提高治疗效率。本章中,MH-SNO@RB纳米平台通过SDT和一氧化氮(NO)气体疗法增强癌症治疗效果。微酸性和还原性的肿瘤微环境加速了Mn离子从骨架中的可持续释放,这使得MH-SNO@RB可用作肿瘤部位响应性的MRI造影剂。更重要的是,超声同时触发了ROS的产生和NO的释放。声动力治疗和NO气体治疗的协同作用能有效杀死癌细胞,抑制肿瘤细胞生长。另外,MH-SNO@RB具有出色的生物相容性和生物安全性。第四章对本论文的研究内容和研究结果进行了总结,并对相关纳米材料的应用前景作了展望。