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乏氧是肿瘤的重要特征之一,能够被当做肿瘤标志物用于癌症的诊断。但是肿瘤的乏氧环境也促进了癌细胞形成抗药性,抑制了肿瘤的治疗效果。因此发展针对肿瘤乏氧的诊断与治疗方法对临床医学具有重要意义。磷光光敏剂因具有长寿命的三线态激发态,不仅能够产生对氧气敏感的磷光,还能够产生对肿瘤细胞具有杀伤力的活性氧物质(如单线态氧),因而在肿瘤的乏氧检测和光动力治疗(PDT)中得到了广泛的研究与应用。然而常见磷光光敏剂的激发波长为紫外或可见光,不仅极大地降低了激发光源在生物组织内的穿透深度,还非常容易在成像过程中产生背景荧光干扰,使其在乏氧成像和光动力治疗中的应用受到了限制。此外,由于PDT产生单线态氧的过程需要氧气的参与,因此肿瘤的乏氧环境也会导致磷光光敏剂的光动力治疗效果大打折扣。为了解决上述问题,使磷光光敏剂能够更好地实现乏氧肿瘤的诊断与治疗,我们以磷光铱(Ⅲ)配合物作为研究对象,分别设计了高信噪比、可用于深层组织成像的乏氧检测体系和适用于肿瘤乏氧环境PDT的磷光光敏剂,并且对这些体系的乏氧检测性能和癌细胞治疗效果进行了详细的研究,最后对设计基于磷光光敏剂的高效乏氧检测和光动力治疗体系的策略进行了归纳和总结。论文的研究内容包括以下三部分:1.基于时间分辨和上转换发光的纳米复合体系的构建与乏氧成像研究设计并合成了一种氧传感纳米探针(core-shell UCNPs@m Si O2-Ir),该探针以稀土掺杂的上转换纳米粒子(UCNPs)为能量给体,通过能量转移过程激发对氧气浓度敏感的铱(Ⅲ)配合物,实现了近红外光激发的乏氧检测;此外还利用铱(Ⅲ)配合物的磷光寿命对氧气浓度敏感的特性,通过时间分辨光学成像技术消除短寿命生物自发荧光的干扰,实现了对肿瘤细胞的高信噪比乏氧检测与成像。2.细胞器靶向的磷光光敏剂在乏氧环境中的光动力治疗研究设计并制备了基于铱(Ⅲ)配合物的分别靶向线粒体和溶酶体的有机光敏剂(Ir-P(ph)3和Ir-alkyl),并比较了它们在正常条件和乏氧条件下光动力治疗效果。研究表明,在乏氧条件下,孵育了Ir-P(ph)3的线粒体的氧气浓度比孵育了Ir-alkyl的溶酶体和细胞外微环境的氧气浓度更高,这归因于该线粒体靶向的铱配合物对线粒体有氧呼吸的抑制作用。这种特性使得Ir-P(ph)3在乏氧环境中具有更大的光毒性和更好的光动力治疗效果,证明了线粒体靶向光敏剂用于开发针对肿瘤乏氧的高效PDT药物的可能。3.新型单线态氧载体的制备及其光动力治疗研究虽然线粒体靶向的光敏剂能够提高乏氧环境下的PDT效果,但是PDT过程中单线态氧的产生依然离不开氧气的参与。为了从根本上克服这一问题,我们设计并制备了一种基于水溶性聚合物的单线态氧的载体。该聚合物由1,4-二甲基萘的衍生物、铱(Ⅲ)配合物、水溶性PEG支链和预留的可修饰位点构成。通过在体外对聚合物进行光照,使萘的衍生物捕获铱(Ⅲ)配合物敏化后产生的单线态氧,再将捕获了单线态氧的聚合物送入肿瘤细胞中,在加热的条件下使单线态氧释放出来,从而实现不需要氧气参与的光动力治疗,这种方案将更加适合于乏氧肿瘤的治疗。