肿瘤因其高发病率和高致死率,已成为威胁人类健康的致命因素。然而,现有肿瘤治疗技术的匮乏性和自身局限性,使之在肿瘤治疗中难竟全功,新型高效的肿瘤治疗策略亟待探究。纵观肿瘤治疗技术的沿革历程,其发展与物理、化学科学密切相关,因此,二十一世纪初,随着纳米技术的蓬勃发展,基于纳米材料独特物化效应的纳米医学领域应运而生,为人类健康带来了新的曙光。其中,铁基纳米材料因其独特的磁学、电学、光学、力学性能和化学活性,引起了研究人员的广泛关注,在肿瘤磁共振影像、肿瘤化学动力学治疗、磁热治疗等应用方向,呈现出巨大的潜在临床价值。从材料物理角度看,材料的物化性能取决于其电子态,所以,实现材料电子态的灵活调控,是发展适应生物应用、解决现有治疗方案瓶颈问题的最优化纳米治疗剂的先决条件。因此,发展用于肿瘤高效治疗的新型铁基纳米材料及电子态调控策略,具有重要的学术意义及临床价值。本论文聚焦于电子态介导的纳米材料物化性能调控,利用肿瘤区特殊微环境,借助先进纳米材料合成技术,设计并制备了一系列新型铁基纳米材料体系,系统探究了基于纳米诊疗剂电子态调控的肿瘤治疗新策略。主要包括以下几方面工作:1:磷钨酸合半胱氨酸铁纳米材料用于突破中性pH限制的肿瘤化学动力学疗法:针对目前用于化学动力学疗法的铁基材料严重依赖酸性环境、无法对中性pH的表层肿瘤组织高效杀伤的瓶颈问题,本章利用螯合策略调控铁离子的轨道配位状态,设计和制备了新型的磷钨酸合半胱氨酸铁（FcPWNPs）有机/无机杂化纳米材料,实现了宽域pH范围内高效的肿瘤化学动力学治疗。该材料具备以下特点:（1）半胱氨酸和磷钨酸与铁离子形成配位结构,铁离子的部分轨道被二者占据,避免了中性环境下OH-对铁离子的钝化,突破了传统铁基材料用于肿瘤化学动力学治疗,严重依赖于酸性条件的瓶颈问题;（2）磷钨酸作为一种电子穿梭体,具有良好的电子传递性能,与铁离子络合后可向Fe3+反应中心高效传递电子,加速Fe3+-Fe2+循环,显著提升Fe2+歧化过氧化氢产生羟自由基的反应效率,进而提升化学动力学疗效。水溶液、肿瘤细胞和荷瘤鼠实验结果表明,相比于传统酸性依赖化学动力学治疗剂,FcPWNPs可以同时高效杀伤表层中性肿瘤组织和深层酸性肿瘤组织,高效实现了化学动力学疗法对肿瘤的全治疗。该工作发展了一种普适性的有机/无机杂化纳米材料合成方法,同时提出了基于Fe3+轨道配位状态调控的Fe基治疗剂活性调控策略,为相似结构材料设计和宽域pH范围的化学动力学治疗提供了借鉴和参考。2:基于锰掺杂铁酸铋纳米晶的“电子杠杆”策略用于强效肿瘤化学动力学治疗:针对肿瘤化学动力学反应中Fe3+反应能垒高、反应动力学效率低的瓶颈问题,本章提出了“电子杠杆”的创新策略,设计并合成了新型的钙钛矿结构BiFe0.97Mn0.03O3纳米晶材料,实现了反应中心(Fe3+)局域电荷密度调控,进而降低了Fe3+反应能垒,获得了强效的化学动力学性能。该材料具备以下特点:（1）3%Mn掺杂在铁酸铋晶体内部构建了Mn4+-O-Fe3+电子杠杆,Mn4+和Fe3+的亲电性差异构成了从Mn指向Fe的极化势场,驱动价电子向Fe聚集;（2）基于半导体施主掺杂效应,Mn4+掺杂在材料内产生额外的自由电子,这些电子可以在超声介导的压电内建电场中自由运动,当自由电子运动到Mn4+-O-Fe3+极化势场区域,将被吸引并捕获,并最终流向Fe,进一步增大其局域电荷密度;（3）高局域电荷密度的Fe反应中心,具有更低的Fe3+活化能,促使BiFe0.97Mn0.03O3反应效率提高,反应速率常数增大,从化学本质上突破了肿瘤化学动力学疗法的核心瓶颈问题。水溶液、理论计算、肿瘤细胞和荷瘤鼠实验结果表明,超声介导的BiFe0.97Mn0.03O3纳米颗粒,具有良好的Fe中心局域电子密度调控能力,可以高效分解肿瘤内过氧化氢产生强氧化性羟自由基,进而杀伤肿瘤细胞,显著提升了肿瘤化学动力学疗法效率。该策略突破了化学动力学疗法的瓶颈问题,对推进化学动力学疗法的临床化进程具有重要意义。值得一提的是,该工作提出了具有普适性的电子杠杆策略,旨在借助材料合成和设计的无限可能,通过构建定向晶格畸变撬动晶体势场平衡,进而引发晶体内电子再分配,实现反应中心原子局域电子密度的调控,最终影响其化学反应性能,对催化、能源等领域的活性中心反应动力学调控,提供了借鉴性方法和研究思路。3:基于铁酸铋@聚赖氨酸的正电势纳米电极体用于肿瘤电荷干扰治疗:针对肿瘤细胞通过物质和信号通路调节,抵御传统疗法介导的细胞凋亡这一关键问题,本章提出肿瘤电荷干扰疗法新策略,构建了基于电荷屏蔽效应和超声压电效应的正电势纳米电极体,用于乳腺癌肿瘤线粒体膜电位电荷分布调控,进而直接、高效地启动细胞凋亡。该正电势纳米电极体具备以下特点:（1）构建了核壳结构的BFO@PLL-CTPB纳米压电正极材料,具备主动靶向线粒体的功能特性;（2）基于电荷屏蔽效应,在压电晶体BFO表面包裹正电性可导电聚合物PLL,赋予BFO@PLL在超声作用下正压电势选择性外显的特性;（3）线粒体内膜聚集的材料在超声波诱导下,可原位产生远超线粒体膜电位大小的正电势,使线粒体膜去极化,打开线粒体膜通透性转换孔,主动释放凋亡相关因子,实现直接、高效、且难以抵抗的肿瘤细胞凋亡。水溶液、理论模拟、肿瘤细胞和荷瘤鼠实验结果表明,BFO@PLL-CTPB具有良好的线粒体靶向性能,超声波诱导下可产生约百毫伏的正电势,直接开启凋亡通路,从而绕过细胞抗凋亡通路机制,实现肿瘤电荷干扰治疗。该工作发展了一种压电势电性选择性外显的通用性策略,拓展了压电纳米晶体在压电催化、电极构筑中的应用范围;同时,提出了线粒体膜电位原位干扰策略,为调控细胞电荷的相关肿瘤治疗方法提供了参考。