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纳米TiO2光照下产生光毒性,进而可以定点破坏肿瘤组织和癌细胞,故作为光动力疗法(PDT)的载体应用于生物医学领域;但其制备方法较复杂,且敏化剂(PSs)分子的表面状态难以控制,将导致光敏剂堆积和自猝灭。作为纳米TiO2分子模型的钛氧簇(TOCs)具有结构精确、可调控、可溶解的特性,通过原子水平上金属掺杂和以共价键方式配体修饰的TOCs可作为制备结构可预测、可调控的多功能纳米TiO2的前体,目前钛氧簇已经应用于多方面领域,然而其在生物医疗领域的应用却还是空白。稀土钛氧簇(LnTOCs)作为TOCs的一个分支,在过去的几年,因其优异的发光和光催化性能引起人们的关注;另一方面,PDT的理想材料是具有有效成像和光诱导产生活性氧(ROS)系统的多功能生物材料。因此,开发一种以LnTOCs为前体化合物,且具有生物成像和PDT活性的多功能纳米TiO材料是非常有意义的。本论文的研究重点是构建结构新颖的LnTOCs,以簇为前驱体制备水稳定的多功能纳米材料,进一步研究其在生物医疗领域的应用。论文主要内容如下:(1)绪论部分首先介绍钛氧簇的发展,其中重点论述水溶性钛氧簇和稀土钛氧簇的发展;接着阐述钛氧簇在生物化学方面的应用;最后简单介绍光动力治疗法,特别概述纳米TiO2载体用于光动力治疗的研究发展。(2)第二章合成了稀土钛氧簇合物[Ln2Ti6O2(C2O4)4(NO3)2(OiPr)20]·2HO1Pr,Ln=La(1),Ce(2),Eu(3),对化合物的晶体结构及分解产物进行了详尽的表征,发现这类钛氧簇易发生脱醇氧基反应,生成组成为Ln2Ti6O11(C2O4)4(NO3)2的稳定微纳材料1’-3’,稀土掺杂和草酸的协同作用提高了材料1’-3’的光电响应和光催化降解染料的活性。(3)第三章用溶剂热法合成了三个同构型的水溶性稀土钛氧簇{H2@[Ln2Ti8(μ3-O)8(μ2-O)4(Ac)16]}3·24CH3CN·23H2O,Ln=Eu(4),Tb(5),Yb(6),此类簇合物具有少见的水溶性,溶于水后可以方便地得到稳定的簇聚集体溶液(LnTOC-a),4-a纳米材料具有优异的生物相容性和稀土荧光性质,可用于对维生素C(AA)的荧光传感器研究,证明4-a对AA具有较好的响应特性和选择性。(4)第四章合成了两个新型的稀土钛氧簇[Ln2Ti8(μ3-O)6(Ac)18(O1Pr)8]·4CH3CN,Ln=Eu(7),Tb(8),利用这些LnTOCs在有机溶剂中的可溶性,通过简单的有机-水两相萃取方法得到水稳定的荧光纳米材料7-n。采用7-n对生物分子维生素B12(VB12)进行了荧光传感研究,并着重研究了 7-n在HeLa细胞中的荧光标记,发现7-nn具有优良的生物相容性和荧光标记性能。(5)第五章 合成 了 含有磁性 Gd 元素的稀土钛氧簇[Gd2Ti8(μ3-O)6(Ac)18(OiPr)8]·4CH3CN(9),以GdTOC为前驱体,通过简单的两相萃取技术获得了水稳定的簇聚集体9-n纳米材料,并将光敏剂四苯基卟啉羧酸(TBP)修饰GdTOC获得红光激发的9-n-TBP纳米材料。发现纳米颗粒在650 nm激光的照射下能产生高浓度的活性氧1O2,能有效地杀灭HeLa癌细胞,研究结果证实,9-n-TBP是一种潜在的光动力治疗剂,而且核磁共振成像表明该材料的造影成像亮度可与商用试剂媲美。