近年来,利用具有光磁性能的纳米材料作为化学药物治疗、光热治疗和光动力治疗的载体构建多模式抗癌诊疗体系的研究已经引起了人们的广泛重视。特别是核壳结构镧系元素掺杂的上转换纳米材料,不但可以通过设计多层壳包覆结构大幅提高上转换纳米粒子的发光强度,而且在近红外光的激发下能够发射出可见光,易于实现荧光成像。本论文主要采用高温热解法制备具有光磁性能的金属氟化物、氧化物或核壳结构稀土上转换纳米复合材料,再对材料的表面进行亲水修饰,然后担载、键合或吸附光热材料、光敏剂和抗癌药物构建多功能纳米诊疗体系,最后将其用于生物体内成像研究及抗癌性能研究。另外,本论文对各种体系的发光性能、生物相容性、药物控制释放率、光热治疗效果、光动力治疗效果、不同治疗模式间的协同作用以及多模式生物成像等方面进行了系统的研究。具体内容如下:采用高沸点的十八烯和油酸作为溶剂,通过稀土油酸盐热解法合成了具有良好分散性和规则形貌的的Na3ScF6纳米晶体。在980nm近红外光的激发下,掺杂了 Yb3+/Er3+、Yb3+/Tm3+和Yb3+/Ho3+的Na3ScF6纳米晶发射不同颜色的光,同时荧光强度和颜色可以通过改变Yb3+的掺杂浓度来调控。基于对相对功率的发射光谱和发光强度谱图,详细研究了共掺杂Na3ScF6纳米晶体的上转换发光机制。此外,相对于纯Na3ScF6:Yb3+/Ln3+纳米晶体,核壳结构的纳米晶体可以显著提高上转换发射强度。由于该纳米晶发光颜色可广泛调变,在相关领域表现出潜在的应用前景。采用高温热解法,使用低成本聚异丁烯丁二酰亚胺(PIBSI)和石蜡油分别作为表面活性剂和溶剂制备分散性良好、尺寸均一、形貌均匀的MnO、MnFe2O4和CoFe2O4磁性纳米粒子。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、N2吸附/脱附测试和超导量子干涉仪等表征手段对材料的结构和功能进行表征。结果表明表面活性剂PIBSI的非极性键长链对纳米粒子最终形貌、稳定性、聚集度和分散性起重要作用,且磁性纳米粒子的尺寸受反应的温度和时间影响。此外,磁性纳米粒子具有良好的生物相容性,并表现出良好的T2核磁成像效果。采用高温热解法,通过层层包覆的方式制备808 nm近红外光激发的核壳结构稀土上转换纳米晶。然后在介孔二氧化硅的辅助下将抗癌药物分子盐酸阿霉素(DOX)、光热材料CuS纳米粒子和具有靶向功能的叶酸分子修饰到上转换纳米晶的表面,获得具有化学药物治疗和光热治疗双疗效的治疗体系。研究pH值和近红外光对治疗体系担载的药物分子释放行为的影响。揭示靶向作用促使抗癌药物分子通过细胞的吞噬作用进入癌细胞内部的机理。更重要的是,在单一波长808 nm近红外光照射下,该体系的光热治疗和化学治疗将被同时激发产生一种协同的相互作用,能够有效改善单一模式治疗疗效差的缺点。此外,Gd3+和Nd3+等掺杂稀土元素的存在使得这种癌症治疗平台具有上转换荧光成像、CT成像和核磁共振成像效果。基于其多模式成像以及良好的抗癌性能,这种多功能的治疗体系有望成为一种成像制导的癌症诊疗平台。将TiO2纳米粒子包覆在具有多级核壳结构上转换纳米粒子的表面制备了NaGdF4:Yb/Tm@NaGdF4:Yb@NaNdF4:Yb@NaGdF4@mSiO2@TiO2(缩写为 UCNPs@mSiO2@TiO2)纳米复合材料。设计的荧光惰性层(NaNdF4:Yb)可有效防止荧光猝灭,阻止能量由活化剂Tm3+转移给Nd3+,进而大幅提高上转换发光强度。介孔二氧化硅的包覆可极大提高光动力材料TiO2的担载量并且使其更加稳定。在808 nm近红外光照射下,TiO2纳米粒子能够有效吸收上转换纳米粒子受激发产生的近紫外光进而产生细胞内和细胞外活性氧,结合掺杂Nd3+在近红外光照射下产生的光热效果,该体系表现出优良的体外和体内抗肿瘤协同治疗效果,明显优于980 nm近红外光照射下的抗癌效果。同时,该治疗平台本身是一种良好的成像探针能产生荧光/CT/MRI多模式的成像效果。该研究为近红外光激发的癌症诊断和治疗研究提供了新的思路。设计制备了 NaGdF4:Yb,Er,Mn,Co@mSiO2-CuS-ZnPc-DOX多功能纳米复合粒子。ZnPc是一种常用光敏剂,Mn2+的掺杂可有效提高980 nm激光激发下纳米粒子的红光发射强度,进而有效地提高光动力抗癌效果(ZnPc的吸收在红光区);掺杂的Co2+使材料具有超顺磁性,可实现核磁共振T2响应成像。该体系表现出明显的pH值和近红外光响应的DOX释放行为,而且抗癌药物能通过细胞的吞噬作用进入到癌细胞内有效持续地杀死癌细胞。更重要的是,化学治疗、光热治疗以及光动力治疗能够同时被980 nm近红外光激发,并产生一种协同效应克服单一治疗模式的不足。掺杂的Gd3+(顺磁性)及Co2+(超顺磁性)使该体系同时具备T1和T2两种核磁成像功能。结合其具备的上转换荧光成像及CT成像性质,该多功能诊疗体系在生物医学领域表现出潜在的应用前景。