癌症是危害人类生命健康的主要疾病之一,癌症治疗一直是医药研究领域亟待解决的难题。相对于小分子药物,纳米材料具备独特的光学、热学、电学和磁学性质,为肿瘤的成像和治疗提供新思路,在医药领域已经显示出极大优势。纳米材料可以同时实现药物在肿瘤部位的持续性递送,载体体内分布的实时监控和药效评价,目前构建这种集多种功能于一体的纳米材料受到广泛关注。多功能纳米材料生物应用的优势取决于理化性质,尤其是粒径。材料可发挥的每种功能对应的最优纳米粒尺寸有可能不同,因此在决定构建最终多功能纳米材料时有必要对每种功能对应的优化尺寸范围进行研究。磁性氧化铁纳米材料因具备分子造影、药物递送、磁靶向和光热治疗等多种功能而被广泛用于生物医药领域。然而,目前针对氧化铁纳米粒粒径与其生物应用的系统研究较少,故而我们参照临床上癌症治疗使用的纳米制剂的粒径大小,合成理化性质相似、系列粒径尺度的氧化铁纳米粒,系统性的开展其在癌症诊疗中的尺寸效应研究。首先,我们合成了系列粒径的分散性良好、具有类似表面性质的四种粒径尺度的磁性Fe3O4纳米粒,系统性的研究其在癌症治疗诊断领域的生物学效应和应用。四种纳米粒子的粒径分别为60nm,120nm,200nm和310nm,简记为Fe3O4-60,Fe3O4-120,Fe3O4-200和Fe3O4-310。研究结果表明小粒径纳米粒有更强的细胞内在化能力,且更易于在三维肿瘤球模型中渗透至球体内部。因此,在四种纳米粒光热转化效率近似的前提下,小粒径纳米粒在体外细胞和肿瘤球模型中的光热消融效果较好。值得注意的是,体内环境中大粒径磁性纳米粒呈现更强的肿瘤累积效果,因此具有最佳的体内光热治疗效果。我们还探索了不同粒径的磁性纳米粒作为磁共振成像和光声成像造影剂的可能性,并发现120nm是作为造影剂最优的纳米尺寸,因为该粒径粒子具有最高的结晶度和饱和磁化强度。但是,在体内应用过程中,粒子成像效果依然取决于肿瘤部位的粒子累积量。第二,我们开展了系列粒径的磁性纳米粒在外磁场作用下的体内外生物效应研究。利用溶剂热法增加合成了粒径较小的Fe3O4-10纳米粒,扩大尺寸研究范围。在体外磁响应性效果评价中,我们首先研究了空白及载药Fe3O4-10、Fe3O4-60、Fe3O4-120、Fe3O4-200与Fe3O4-310纳米粒子在静态溶液环境和模拟体内动态环境中的磁响应性。结果发现除Fe3O4-10之外,随着时间延长,各组溶液中的磁性纳米粒子均可以在外磁场作用下富集到靶部位,且粒子粒径越大,移动速率越快,磁响应性越强;溶液黏度越高,移动速率降低,磁响应性越弱。细胞摄取结果表明,大粒径粒子细胞摄取量在外磁场介导下的增加最为明显。体内双侧肿瘤模型的磁响应性研究中,活体荧光成像和磁共振成像扫描结果也表明大粒径粒子不仅本身有更强的肿瘤累积量,而且具有更强的体内磁响应性。此外,值得注意的是,上述所有体内外磁响应性研究中,除了粒子本身可以在外磁场作用下富集到靶部位以外,其负载的药物分子也可以随着粒子被携带到靶部位,这提示了我们通过外磁场的介导和磁性纳米载体的运送可以有效提高肿瘤部位小分子药物的浓度,从而降低其对正常组织的毒副作用。本项研究较为深入系统的研究了磁性纳米材料在癌症治疗诊断应用中的尺寸效应,开展了细胞摄取,肿瘤球渗透,体外光热治疗,体内分布,磁共振成像、光声成像和外磁场介导下的体内外磁响应性以及体内外治疗方面的研究。为优化多功能性纳米载体的构建提供了思路,并且对纳米药物临床制剂的开发与应用具有一定的指导意义。