分子影像（molecular imaging）是指结合分子和细胞生物学探针与现代精密仪器（PET、CT、NMR、US等），对活体内分子或细胞活动进行实时的、非侵入式成像的技术，如可观察细胞内信号传导、细胞凋亡、基因表达和肿瘤形成等，这对于生物学研究以及疾病诊断和治疗具有重要意义。目前最为常用的分子影像学技术有：核医学成像技术（NMI）、磁共振成像技术（MRI）、光学成像技术（OI）、超声成像技术（US）和CT成像技术。核医学成像具有灵敏度高、可定量的优点，但空间分辨率低；光学成像的限制在于其穿透力有限，难应用于临床研究；CT成像尚不具备发现病变的功能；磁共振成像具有高空间分辨率和多序列成像的优点；超声成像具有成像诊断安全及时且无创伤的优点；超声结合核医学、磁共振和光学成像具有广阔的应用前景。本论文主要研究了不同粒径SiO₂空心微球的制备及其体外超声成像的应用，在此基础上筛选最优粒径的材料，继而在400nmSiO₂空心微球表面修饰DTPA-Gd和靶向分子环状多肽RGDfk，实现超声-磁双功能靶向成像的效果，另外还研究了空心微球的生物相容性、体内组织分布和代谢情况。具体研究内容及结果如下：1.不同粒径SiO₂空心微球制备及其体外超声成像的应用研究在本课题组前人的研究基础上，进一步制备了不同粒径SiO₂空心微球研究其体外超声成像效果。首先用无皂乳液聚合法，以AETAC（丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵）为分散剂，AIBA（偶氮二异丁脒盐酸盐）为引发剂制备出粒径为100nm的聚苯乙烯（PS）微球；以PVP（聚乙烯吡咯烷酮）为分散剂，AIBA为引发剂制备出粒径为200nm和400nm的PS微球。用分散聚合法，以PVP为分散剂，AIBN（偶氮二异丁腈）为引发剂制备出粒径为1.4m的PS微球。然后利用溶胶-凝胶法，以不同粒径PS微球为模板，在乙醇体系中，水解TEOS（正硅酸四乙酯）和APS（3-氨基丙基-三乙氧基硅烷），在氨水的催化下制备得到氨基功能化PS@SiO₂核壳结构微球。再用THF（四氢呋喃）在水热条件下蚀刻去除模板，制备出不同粒径表面带氨基的SiO₂空心微球。最后利用硅球表面氨基与PEG（聚乙二醇）表面羧基偶合进行表面修饰得到不同粒径的具有适宜空腔尺寸和良好生物相容性的单分散SiO₂空心微球。在超声探头频率6.0MHz，机械指数0.06的条件下，纳米级SiO₂空心微球表现出很强的超声信号，400nm SiO₂空心微球成像效果最好，表明各粒径SHS-PEG具有作新型超声成像造影剂的潜力。2.超声-磁双功能纳米SiO₂空心微球的制备及其靶向成像的应用研究在上述体外超声成像研究的基础上，筛选400nm SiO₂空心微球，利用其表面官能团修饰DTPA-Gd，使其可用于T1磁共振成像和超声成像；然后连接靶向分子环状多肽RGDfK，得到具有靶向性的超声-磁双功能SiO₂空心球；最后通过修饰单羧基的PEG使微球具有良好的生物相容性从而应用于活体内超声-磁双功能成像。合成的SHS-Gd-RGD-PEG空心微球具有很好的溶解性和稳定性，对高表达细胞、低表达细胞和正常细胞均表现出低毒，溶血效应低，生物相容性好，活体毒性低，具有活体应用的潜能。微球的缓冲溶液在0.5T条件下具有非常好的T1加权成像效果，且弛豫率比商用二乙烯三胺五乙酸钆（Gd-DTPA）更高，是一种非常好的T1加权成像造影剂。材料在细胞中有同样明显的增强造影效应，对αvβ3高表达的PC3细胞具有主动靶向性，成像效果比低表达细胞HeLa更好。微球还可以应用于活体磁共振成像和超声成像。注射材料后，心、肝和肾中均出现MRI信号增强的效果；同时活体超声实验肝部也捕捉到了微球的存在，证明空心微球具有作为活体超声-磁双功能成像造影剂的潜在应用，可提高诊断的准确性。通过对体内组织分布和代谢途径等研究表明，微球在体内的循环代谢途径主要是通过血液进入心脏和肺，经肺截留后进入肝脏和脾，然后进入肾脏，最后主要通过肝脏代谢到粪便排出体外，有少量微球通过肾脏代谢到尿液中排出。