恶性肿瘤是严重威胁患者的健康乃至生命的一类疾病。肿瘤的高效诊断和治疗是人类亟待解决的科研课题。荧光检测技术应用在疾病的检测上具有高灵敏，易于实现等许多突出的优点，因而被广泛研究应用在体外和活体的肿瘤诊断和治疗监测上。但是荧光检测由于需要激发光，存在较强的自体荧光等干扰，因而有很强的背景噪声，信噪比很低，妨碍了其检测的应用，尤其是在体应用。本论文研究了将高灵敏、高信噪比的化学发光和上转换发光探针应用到肿瘤的诊断和治疗过程中的分子检测上，从而实现高灵敏探测，有针对性地研究解决肿瘤荧光成像定位诊断和光动力肿瘤治疗过程中的剂量测定的问题。　　本论文包括两个方面的内容：第一部分为主要研究近红外上转换荧光纳米探针用于肿瘤成像定位。包括上转换纳米粒子发光的基本原理和特性，纳米粒子的修饰，纳米探针在肿瘤诊断定位方面的应用等。第二部分主要研究化学发光在光动力肿瘤治疗疗效监测方面的应用。涵盖光动力和化学发光的基础知识、背景介绍，以分子探针荧光为内参的化学发光修正，化学发光的光动力肿瘤治疗剂量监测等。以下为两部分的研究背景和结论。　　第一部分：上转换荧光纳米探针用于肿瘤的定位诊断研究　　二十世纪末以来，许多纳米材料作为新型的医学材料在肿瘤诊断和治疗上展现了极高的应用潜力，其中一种新型的近红外纳米荧光材料--上转换纳米发光材料的研究获得了较快的发展。这种纳米材料能够在低强度近红外光的激发下发出可见波段的光子，利用这种近红外激发产生的上转换荧光成像，由于易于滤除激发光，没有自体荧光的干扰，因此可以实现低噪声、高灵敏度的生物成像。另外，红外激发光生物组织穿透能力强，有利于深度成像。纳米材料本身还具有很好的物化稳定性和生物兼容性，因此利用上转换纳米粒子实现荧光成像具有高灵敏、高信噪比和深度成像的突出优势。本研究利用上转换纳米粒子(NaYF4Yb/Er)并结合生物靶向技术及光学成像检测技术，发展了荧光在肿瘤定位方面的应用。　　首先，在纳米粒子表面用具有肿瘤细胞特异性定位的功能分子修饰，使之能够通过配体受体结合反应让肿瘤细胞识别并捕捉从而达到定位肿瘤的目的。　　其次，通过增强肿瘤血管的通透性提高探针的肿瘤靶向效率。肿瘤内微血管本身具有高于正常毛细血管的通透性和对渗入分子较强的保持能力，这些特性被称为肿瘤的EPR效应(Enhanced Permission and Roatation Effect)。EPR效应为纳米粒子穿越血管屏障提供了天然条件，但EPR效应仍不足以提供高效的渗透效率。为了提高上转换纳米探针靶向到肿瘤的效率，本论文研究把肿瘤血管靶向药物CA4P(combretastatin-A4-phosphate)负载的纳米粒子上，通过药物破坏内皮细胞的微管，造成细胞的形态改变，促使肿瘤血管的通透性增加，为探针穿越血管壁定位到肿瘤细胞打开通路。联合肿瘤血管药物和应用-体化的纳米探针的实验结果都证明，微管靶向药物CA4P能够有效地打开纳米探针穿越血管壁的通路，形成高效率的肿瘤靶向定位。　　再次，热疗过程中肿瘤成像定位的研究结果初步证实了上转换纳米探针应用在定位成像上的必要性和可能性。　　第二部分：化学发光监测光动力肿瘤治疗过程的研究　　光动力疗法(Photodynamic Therapy，PDT)是继手术、放射治疗和化学治疗之后又一进入了肿瘤临床治疗的重要治疗技术。光动力治疗过程中起治疗关键作用的是活性氧，活性氧的产生需要光敏剂、光、氧三个因素的共同参与。光动力治疗与其他肿瘤疗法，如放射疗法相似，关键是剂量的控制。由于光动力治疗中不仅参量多，而且参量的不确定性也较突出，所以剂量控制始终是光动力治疗中的一个难题。光动力治疗过程中，主要是Ⅱ型机制的反应，即单态氧在杀伤肿瘤细胞中起关键的作用，所以监控单态氧的量成为光动力治疗剂量研究的重点，多种方法正在探索和发展之中。　　本部分内容研究发展了利用化学发光实时检测单态氧的方法。化学发光法中使用的化学发光探针是人工合成的荧光素类化合物，我们采用的单态氧探针是3，7-dihydro-6-{4-[2-(N’-(5-fluoresceinyl)thioureido)etho-xy]phenyl}-2-methylimidazo{1，2-a}pyrazin-3-one(FCLA)。FCLA能选择性地与活性氧(ROS)系列中的超氧阴离子、单态氧反应，产生532nm的绿色波段的化学发光，这种绿色波段的化学发光可用普通的光电倍增管检测和记录。FCLA还具有对组织无毒性作用，易于被组织细胞吸收的优点，其特性提供了用于细胞和活体检测的可能性。根据反应动力学，化学发光的强度计量了单态氧的产率，故通过检测化学发光的光子强度和积累就可以得到单态氧产率和产量。由此我们引入了化学发光探针监测光动力治疗过程中的单态氧，从而控制治疗剂量预知疗效，称之为化学发光监测法(Chemiluminescence detection，CLD)。　　在该监测技术的研究中，我们首先实现了荧光和化学发光检测的结合，并搭建了相应的实时检测装置，以探针的荧光为内参对化学发光进行了实时的修正，有效地消除了探针反应消耗和代谢对检测带来的影响，实现了高精度的化学发光的检测。　　其次，动物活体实验结果表明，通过化学发光精确地监测单态氧，可以实时跟踪单态氧的产率和产量，实现肿瘤光动力治疗剂量的准确监控，提高治疗的精度和效果。　　另外，光动力疗效监测研究中还发现光动力过程中存在被氧化生物分子的自体化学发光现象，实验监测结果初步表明该化学发光可以实现治疗剂量的检测，从而从一个新的角度为疗效检测提供了可能。　　总之，上转换纳米探针荧光靶向定位的研究为肿瘤治疗提供了更为精确和灵敏的深层光学定位，在肿瘤的早期诊断及手术、光动力治疗、光热疗、放疗等需要高灵敏、高精度定位肿瘤的疗法方面有很大的应用潜力，具有重要的医学意义。而将化学发光探测技术应用在光动力肿瘤治疗上，可以实现肿瘤治疗剂量的准确监控，提高治疗的精度和效果。随着新型的化学发光探针的不断开发，光学监测技术的进一步提高，该方法有望应用在肿瘤的临床的光动力治疗监测中。