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过量自由基会诱发细胞内生物大分子发生氧化损伤，抑制蛋白质功能，破坏脂质，诱发DNA链断裂进而引发细胞死亡。基于自由基的以上生物学效应，本学位论文提出“自由基调控肿瘤治疗”的思路，以自由基为治疗肿瘤的活性物质，介孔氧化硅为载体，通过与纳米生物材料相结合，构建一系列智能可控的自由基释放体系用于自由基调控的肿瘤治疗，取得了以下结果: (1)以过氧化苯甲酰(BPO)为自由基源，空心介孔氧化硅纳米粒子(HMSNs)为载体，通过壳聚糖(Cs)包覆，构建pH响应的BPO输运与释放体系(BPO@HMSNs-Cs)，实现在肿瘤组织周围pH响应性释放自由基并杀灭肿瘤细胞的功能。将BPO装载于HMSNs内，不仅可以提高其溶解度，而且可以改善其药物活性和生物利用率。对装载BPO的HMSNs进行Cs聚电解质层包覆(BPO@HMSNs-Cs)，利用Cs在不同pH条件下具有不同质子化状态的特性，实现pH响应的BPO释放:在正常组织(pH7.4)环境中，BPO释放被抑制;在肿瘤组织的弱酸性微环境(pH6.5)及细胞亚细胞器如溶酶体环境(pH5.0)中，BPO自由释放。体外细胞实验证实BPO@HMSNs-Cs中BPO的装载及在ZR75-30乳腺癌细胞内的输运。体外细胞毒性表明，与BPO相比，BPO@HMSNs-Cs输运体系具有更高的药物活性及肿瘤细胞杀灭效果，而且，其细胞毒性具有pH相关性:在肿瘤组织环境(pH6.5)中的细胞毒性要明显高于其在正常组织环境(pH7.4)中的细胞毒性。对肿瘤细胞进行DCFH-DA荧光标记发现，细胞内产生大量自由基，这些自由基导致了所观察到细胞毒性。 (2)以青蒿琥酯(ART)为自由基源，将ART装载于空心介孔氧化硅(HMS)纳米载体（ART@HMS）中;基于ART对疟原虫细胞的选择性杀伤作用和生物仿生学，制备高生物活性的Fe/O纳米团簇负载的介孔氧化硅(Fe/O-MSN)，ART@HMS与Fe/O-MSN在细胞内的生物激活作用下选择性地在细胞内产生自由基并引发显著的肿瘤细胞杀灭效果。实验结果发现，与ART相比，ART@HMS中ART的溶解度明显增加。体外荧光标记及细胞染色实验发现，ART@HMS和Fe/O-MSN可以被细胞高效吞噬;Fe/O-MSN在细胞内代谢产生大量游离铁离子，并迅速引发细胞内ART@HMS释放的ART发生内过氧桥键断裂;荧光标记实验发现，细胞内产生大量自由基。体外细胞毒性显示，Fe/O-MSN与低剂量的ART@HMS对ZR75-30乳腺癌细胞毒性很低，24 h细胞相对成活率均高于90％，二者联合使用时，细胞相对成活率明显降低。细胞毒性机理研究发现，细胞内产生了大量自由基，并导致细胞毒性显著增强。 (3)将无毒的青蒿素(ART)装载于HMS内（ART@HMS），用对酸敏感的乙缩醛键将四氧化三铁纳米粒子(Fe3O4 NPs)链接在ART@HMS介孔孔道表面构建pH响应性ART输运与释放体系（ART@HMS-Fe3O4），该体系在细胞内溶酶体酶激活作用下，释放出游离ART和铁离子，二者相互作用产生丰富的自由基并诱发显著的肿瘤细胞杀灭效果。HMS载体实现ART的可输运性并改善其稳定性和水溶性。乙缩醛键使ART@HMS-Fe3O4具有pH响应性释放ART的功能:中性环境(pH7.4)中，Fe3O4 NPs被链接于HMS孔道表面，阻止HMS中ART的释放;酸性环境(pH≤5.0)中，乙缩醛键水解，ART和Fe3O4 NPs被同时释放。溶酶体标记实验发现，ART@HMS-Fe3O4聚集于细胞内弱酸性的溶酶体(pH3.8-5.0)中，因而实现了溶酶体环境响应的ART和Fe3O4NPs共释放。另外，利用溶酶体的弱酸性环境及其富含的多种水解酶，ART@HMS-Fe3O4在溶酶体内代谢出游离铁离子。这些铁离子与释放出的ART作用产生大量自由基，并诱发细胞损伤和细胞凋亡。体外细胞毒性实验显示，将ART@HMS或HMS-Fe3O4与ZR75-30乳腺癌细胞共培养24 h，细胞相对成活率均在90.0％以上，将ART@HMS-Fe3O4与ZR75-30细胞共培养24 h，细胞相对成活率低于15％。 (4)以高铁酸钾(K2FeO4)为强氧化剂和铁源，利用K2FeO4与MSNs内表面活性剂CTAB之间的氧化还原反应，将FeOx团簇原位引入MSNs介孔孔道内(FeOx-MSNs)。制备出的FeOx-MSNs在肿瘤细胞内pH响应的催化H2O2分解产生HO·等自由基并对肿瘤细胞产生明显增强的细胞毒性。体外实验发现，FeOx-MSNs在弱酸性介质(pH5.0)中对H2O2的催化分解速率远高于其在中性介质(pH7.4和6.8)中的分解速率，在弱酸性介质中的分解速率常数是中性介质中的2.93倍。实验还发现，FeOx-MSNs纳米材料pH响应的催化H2O2分解产生HO·自由基等活性氧:FeOx-MSNs在pH5.0溶液中24 h产生HO·自由基的含量是pH7.4溶液中的7.6倍。体外细胞实验发现，FeOx-MSNs被ZR75-30乳腺癌细胞高效吞噬。利用细胞内弱酸性的溶酶体环境(pH3.8-5.0)，FeOx-MSNs和H2O2共培养可以引起显著的细胞毒性。相比之下，单独的FeOx-MSNs或H2O2的细胞毒性都很低。细胞毒性机理研究表明，FeOx-MSNs和H2O2共培养引发细胞内产生大量自由基，并引发了肿瘤细胞发生损伤和凋亡。