光动力治疗是光学在生物医学领域应用最好的范例。光动力治疗的关键因素是光敏剂。卟啉则是最常用的一种光敏剂，卟啉具有肿瘤细胞靶向性、荧光性、光敏性三种特性。但其在荧光诊断上存在不足，荧光穿透深度的限制使其只能做表皮组织癌变的诊断，且在荧光诊断中需要防范光敏性带来的细胞杀伤性。为此，本文研究的目的为将具有顺磁性的金属掺杂到卟啉环内，一方面利用卟啉的靶向性，可以使金属卟啉作为人体内部肿瘤核磁成像的造影剂，一方面可以利用稀土和过渡金属特殊的能级结构，通过与卟啉能级间的相互作用，改变卟啉的光学性质，得到具有特定性质的光敏剂。本文系统的研究了金属卟啉的合成、光学性质、光敏性、能级结构及核磁增强性能。进行了金属卟啉合成工艺的研究。建立了以咪唑为溶剂，氩气为保护气的金属卟啉合成工艺，通过研究得到了最佳工艺条件；并以紫外-可见吸收谱作为表征手段，提出了对合成反应进程的评定方法。研究了合成的金属卟啉的光学性质。发现钆卟啉发生了荧光红移现象，分析认为钆卟啉的红移荧光来源于卟啉三重态到基态的跃迁，时间分辨光谱结果证明了这种假设；钕卟啉和钐卟啉的荧光峰位与血卟啉单甲醚的基本一致，表明钕和钐保留了卟啉的荧光性质，但是荧光强度减弱、寿命减小，分析认为钕和钐的能级与卟啉单重激发态能级相匹配，通过能量传递，使卟啉单重激发态电子发生无辐射弛豫，导致荧光减弱、寿命减小；锰卟啉发生了荧光猝灭现象，分析认为锰的能级与卟啉单重激发态能级相匹配，强的能量传递导致荧光消失。开展了金属卟啉的光敏性研究。建立了以DPBF作为单线态氧捕捉剂的光敏性研究体系，并在理论上提出了光敏性评价方法。定义以单位时间DPBF的消耗量为光敏剂光敏性的量度，称之为光敏性强度；结果表明钆卟啉保留了卟啉原有的光敏性强度，而钕卟啉、钐卟啉和锰卟啉则失去了光敏性。分析认为钆因能级较高而没有影响到卟啉的能级性质；而金属卟啉中，钕和钐的能级与卟啉三重态的能级相匹配，通过能量传递，使卟啉三重态粒子数猝灭，从而使之丧失了光敏性；锰卟啉光敏性的消失则来源于其荧光猝灭，电子无法布居其三重态。研究了金属卟啉的核磁增强性能。四种金属卟啉均具有核磁增强性能，其中钆卟啉和锰卟啉核磁增强性能较强。通过本文研究，得到四种金属卟啉化合物：钆卟啉具有荧光性质、光敏性和核磁增强性能；钕卟啉和钐卟啉具有荧光性质、核磁增强性能，不具有光敏性；锰卟啉不具有荧光性质、光敏性，具有核磁增强性能。