包括光学成像、磁共振成像(MRI)、超声成像(US)、CT成像等多种方式在内的生物医学显影手段在临床疾病诊断中发挥着日益重要的作用。在实际应用中,将具有互补特点的显影方式结合进行多重显影诊断对于提高疾病准确率具有重要意义；而分子显影探针的运用更是将医学显影推动到分子诊断的水平。在分子造影探针的设计构建中,为了达到多种互补性成像方式共同显影的目的,可将敏感度较高的分子造影探针(如超声造影探针、光学造影探针、PET造影探针)与空间分辨率高的分子造影探针(如MRI造影探针、CT造影探针)通过化学键连接。但由于不同目的的显影探针往往在结构和组成上差别很大,这种直接结合的方式经常面临制备过程复杂,适用领域受限等问题。而自组装的途径则可以灵活地通过非共价键力将多种具有截然不同性质的组分有效结合,从而为多功能医学造影探针的构建提供了一个广阔的平台。虽然如此,目前相关领域研究仍然并不多见,尤其是可用于诊断特定分子结构的多重显影探针更未见报道。基于此,本研究集中于设计新颖的自组装途径构筑具有多重显影性能的医学显影探针,将其拓展到分子水平的显影诊断,并探索其生物医学应用价值。具体主要在如下方面开展了工作(1)用新颖的无模板自组装法构建聚合物/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微囊,由于内部富含超顺磁性纳米颗粒,该微囊具备MRI显影增强性能。在此基础上,通过微囊内部充填全氟己烷得到具备MRI/超声双重显影增强性能的显影微泡,并对微囊及微泡的制备过程、形成机理及显影性能进行了系统研究。我们的研究表明,微囊壁为“聚烯丙基胺/Fe3O4磁性纳米颗粒/聚丙烯酸聚合物”三明治结构,微囊直径可以通过改变自组装前驱物的比例在450 nm至1300 nm范围内进行调节。在微囊内部充填全氟己烷后,所得聚合物/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微泡具有良好的超声/磁响应性,并表现出良好的体外磁共振/超声双重显影增强性能,显影强度与微泡尺寸和组成相关,微泡尺寸越大,超声造影强度越高,而其中的磁性颗粒含量越低,从而磁共振造影强度相对较弱。(2)对微囊及微泡的细胞毒性和体内超声/磁共振双重显影性能进行了系统研究。研究表明,自组装方法构建的聚合物/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微囊对于大鼠BRL 3A肝细胞和NRK肾细胞均具有良好的生物相容性。在大鼠体内,聚合物/Fe3O4纳米颗粒复合微泡能够在肝脏中进行磁共振/超声双重显影。肝脏中的MRI造影增强在45天内消失,说明复合微泡在45天内于肝脏中代谢完全。复合微泡在大鼠肝脏中的超声造影增强持续时间为10min。经普鲁士蓝染色,确定聚合物/Fe304纳米颗粒复合微泡最先分布在大鼠肝脏内,并在15天内部分转移至脾脏内,从而明确了复合微泡在大鼠体内的代谢途径为肝脏-脾脏常规代谢途径。(3)为了构筑可用于胰蛋白酶检测的光学/磁共振双重显影分子探针,设计并实现了一种自组装途径,以近红外荧光分子(Cy5.5)聚左旋赖氨酸(PLL)和Fe3为O4磁性纳米颗粒为主要组份制备了对于胰蛋白酶具有响应性显影性能的自组装复合微球,并对微球的制备机理和性能调控进行了系统研究。我们的研究证实,微球的直径可以通过调节各组分的摩尔比或PLL的分子量而在100nm-300nm范围间调节。Cy5.5-PLL/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微球在无蛋白酶存在时,微球内的近红外荧光分子相互间发生共振能量转移,荧光淬灭,微球MRI造影性能较强；而在胰蛋白酶活化的状态下,微球内的PLL发生酶切反应,从而使得荧光分子间距离增加,使得复合微球处于“解淬灭”状态而释放出强烈荧光,并带来MRI显影信号的降低。这种对于蛋白酶敏感的“淬灭”-“解淬灭”转变使得复合微球在蛋白酶过表达相关的疾病诊断方面具有广阔的应用前景。(4)在成功构建胰蛋白酶敏感的荧光/MRI双显影自组装微球的基础上,本论文对微球的细胞毒性、胰蛋白酶敏感的体外显影和活体显影性能进行了系统研究。复合微球的细胞毒性与体外显影性能的研究选取胰蛋白酶表达的细胞(如胃上皮细胞、乳腺癌MCF-7细胞和结肠癌SW620细胞)与不含胰蛋白酶的对照组细胞(如血管上皮细胞,成纤维细胞,宫颈癌Hela细胞和黑色素瘤A375细胞)。研究表明,白组装Cy5.5-PLL/Fe3O4纳米颗粒微球具有良好的生物相容性。在胰蛋白酶表达的细胞组中,复合微球表现出强烈的荧光显影性能,同时具备MRI造影性能；在不含胰蛋白酶的对照细胞组中,复合微球不表达荧光显影性能,并具有较弱的MRI显影强度。胰蛋白酶敏感的活体显影性能选用对照组正常裸鼠、胰蛋白酶过表达的结肠癌SW620细胞肿瘤模型,和不含胰蛋白酶的黑色素瘤A375细胞肿瘤模型进行研究。研究结果表明,Cy5.5-PLL/Fe3O4纳米颗粒复合微球在裸鼠体内可实现消化道显影,并在肿瘤模型的肿瘤部位具备胰蛋白酶敏感的荧光/MRI显影性能。在SW620肿瘤模型中,肿瘤部位发出近红外荧光并显示较强的MRI造影；在A375肿瘤模型中,肿瘤部位不发射荧光并显示较弱的MRI造影。进一步的生物TEM观测证明微球在SW620肿瘤模型中,部分被肿瘤细胞摄取并于胞内水解为单分散的纳米颗粒,而在A375肿瘤模型中却极少被肿瘤细胞摄取。复合微球在裸鼠体内的生物毒性较低,是一种很有潜力的胰蛋白酶敏感近红外荧光/MRI智能造影探针。在以上研究内容中,我们取得了以下创新的研究结果：设计并实现了由静电作用驱动的无模板自组装途径,构筑了具备MRI/超声双重显影性能的微泡,在体内血管MRI/超声双重造影检测领域具有重要的应用价值；巧妙地将酶敏感组分引入组装体,首次利用自组装途径制备了胰蛋白酶敏感的近红外荧光/MRI双重显影探针,将多重显影探针的辨识度提高到分子水平,预期在胰蛋白酶敏感的肿瘤检测和消化道显影中具有良好的应用前景。