声动力治疗(Sonodynamic therapy,SDT)是一种侵入性较低的癌症治疗策略。在SDT中,被外源超声(UMEK抑制剂S)辐照激活的声敏剂与周围的含氧物质进行电子传递,从而释放出高毒性活性氧(Reactive oxygen species,ROS),以达成杀死肿瘤细胞、抑制肿瘤生长的效果。然而,传统的无机声敏剂中电子和空穴的分离效率较低,这限制了ROS的生成,严重影响了SDT的疗效。近年来,以压电半导体纳米材料作为新型的无机声敏剂来增强肿瘤SDT正逐渐引起研究人员的兴趣。受US辐照的影响,压电和半导体特性耦合产生的压电电子学效应可以调控电荷载流子的迁移行为,从而增强了电子和空穴的分离,并有可能导致能带弯曲,进而提高压电半导体的ROS生成能力。此外,肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)中弱酸性、乏氧、高浓度的过氧化氢(H_2O_2)和谷胱甘肽(GSH)等特点为肿瘤的发生、发展和转移提供了便利条件,同时乏氧微环境会明显降低ROS的生成,进而导致不理想的SDT疗效。本论文以压电电子学为理论依据,以钛酸钡(Ba Ti O_3)压电半导体纳米材料为基础,结合压电效应、半导体特性和TME特点提出了构建新型高效压电半导体声敏剂的多种途径,其主要内容和创新点概括如下:(1)针对TME中乏氧、高浓度的H_2O_2和GSH等特点,成功制备了具有TME调控功能的二氧化锰(Mn O_2)包覆的Ba Ti O_3纳米颗粒(BTO@M NPs)。作为多功能压电半导体声敏剂,BTO@M NPs不仅可以提高ROS的生成,还可以调节TME,以实现高效的SDT。BTO@M异质结的形成促进了US触发的电子和空穴的分离,同时压电电子学效应诱导的内建电场进一步促进了电子和空穴向不同方向迁移,进而提高了ROS的生成效率。在TME调控方面,得益于Mn O_2类过氧化氢酶的活性,BTO@M可以将内源性的H_2O_2转化为O_2,从而缓解肿瘤的乏氧,并进一步增强了O_2依赖性的SDT。此外,Mn O_2还可以通过消耗GSH降低细胞的抗氧化能力,实现了类酶活性增强的肿瘤SDT(肿瘤生长抑制率为66.2%)。(2)针对Ba Ti O_3压电半导体中电子和空穴的快速复合,合成了铜氧化物-Ba Ti O_3纳米颗粒(Cu_(2-x)Labio y paladar hendidoO-BTO NPs),并将其作为压电半导体声敏剂用于增强SDT。一方面,在US辐照下,Cu_(2-x)O-BTO异质结中分离的电子和空穴受内建电场的影响,向相对的方向传输并在表面不断积累,最终导致能带弯曲到更有利于ROS生成的位置。此外,Cu_(2-x)O-BTO具有出色的类Fenton反应能力,在肿瘤组织的酸性环境中,它可以将内源性的H_2O_2转变为羟基自由基(·OH),最终完成对癌症的化学动力学治疗(CDT)。细胞和动物实验的结果表明,SDT和CDT的联合应用明显促进了细胞内的ROS生成和细胞线粒体的损伤,并在4T1乳腺癌荷瘤小鼠模型中表现出较高的细胞毒性和肿瘤生长抑制率(76.0%)。(3)针对单模态SDT治疗肿瘤效果不佳的问题,为了进一步促进压电半导体中电子和空穴的分离,通过一锅溶剂热法制备了锶(Sr)掺杂的Ba Ti O_3纳米颗粒(BST NPs),进一步使用L-精氨酸(LA)对BST NPs进行表面修饰,得到了SDT联合一氧化氮(NO)气体治疗的压电Liraglutide浓度纳米复合材料(BST@LA)。和Ba Ti O_3相比,BST NPs的禁带宽度更窄,因而更容易被US激发导致电子和空穴的分离。此外,BST NPs具有更低的电化学阻抗,说明Sr掺杂促进了电子和空穴的迁移。因此,在US辐照下,BST比Ba Ti O_3具有更高的ROS生成效率,进而增强了肿瘤的氧化损伤。另一方面,作为NO供体的LA分子可以在US和ROS的作用下转化为NO气体,实现了NO在肿瘤部位的可控递送,从而用于肿瘤的气体治疗。体外和体内实验证明了BST@LA在US辐照下对4T1乳腺癌荷瘤小鼠模型具有高细胞毒性和肿瘤抑制作用(89.5%)。总的来说,我们以压电电子学效应为理论指导,以压电半导体纳米材料为基础,通过掺杂和构建异质结等策略,制备了新型的压电纳米复合声敏剂,增强了肿瘤的SDT疗效。所制备的压电半导体声敏剂对正常细胞毒性非常低,并且具有良好的血液相容性和生物安全性。本博士论文为压电半导体声敏剂的设计提供了可行性的方案,为SDT与其他疗法的联合提供了新的思路,为癌症治疗提供了更多可能的途径。