光声分子影像技术因其结合了光声成像高对比和大穿透深度以及分子影像的高特异等优点,而被广泛作为一种新型医学成像模态用于疾病的诊断和治疗。近年来,基于生物体内源性分子探针如血红蛋白、黑色素等的光声分子成像可以显示出小动物皮下血管高清脉络和黑色素瘤的精准定位。但是对于如肿瘤、炎症病灶等特殊疾病的光声分子成像,血红蛋白、黑色素等内源性分子的光吸收和散射会显著增加成像的背景噪声以及影响成像的穿透深度。因此,设计和合成具有高特异性、强近红外吸收的外源分子探针成为迫切需要。本论文围绕光声分子探针的设计与合成,目标是对皮下移植瘤、深度原位脑胶质瘤以及类风湿性关节炎进行高灵敏、高特异和大深度的成像诊断。第一部分工作,针对皮下移植瘤的诊疗一体化研究,我们基于高生物相容性的过渡金属硫化物家族成员硒化钼和FDA批准的吲哚菁绿,设计并合成了一种新的光声成像/光热治疗纳米试剂（sMoSe₂-ICG NSs）。sMoSe₂-ICG NSs在近红外区830 nm处具有强吸收且具有很好的光稳定性和生物相容性。体内外实验表明了sMoSe₂-ICG NSs具有优异的光声性能和光热转化能力,可以对乳腺癌4T1皮下移植瘤高灵敏成像,并对肿瘤内纳米材料的聚集浓度实时追踪,从而引导肿瘤的高效光热治疗。本工作的创新点在于巧妙的将ICG连接到硒化钼表面,既增加了硒化钼的近红外吸收,又增加了ICG的体内循环时间,使sMoSe₂-ICG NSs成为高效的光声成像/光热治疗试剂。第二部分工作,第一部分结果显示我们成功的实现了皮下移植瘤的高特异、高灵敏光声成像。但是对于位于颅骨下的原位脑胶质瘤的高灵敏光声成像仍然是一个挑战。我们选择了过渡金属硫化物家族另一个成员硫化钼作为载体,装载上ICG后形成了一种新的纳米探针（MoS₂-ICG）。表征实验结果表明,MoS₂-ICG的最强吸收峰位于800 nm,在近红外生物窗口内。仿体实验结果显示,相比可见光区675 nm波长,800 nm脉冲激光照射下可以很好的穿透颅骨。在体实验结果进一步证实了MoS₂-ICG通过尾静脉进入小鼠体内后5小时,800nm脉冲激光可以显著激发原位脑胶质瘤内富集的MoS₂-ICG探针的光声信号,光声图像显示肿瘤位于颅骨下3.5mm深度。本工作很好的说明了基于近红外分子探针的光声分子影像可以对大深度病灶进行高灵敏的成像。第三部分工作,类风湿关节炎（RA）是一种常见的免疫性骨关节炎症性疾病,其发病隐匿、病因不详,早期出现红肿热痛,随着病情的发展,骨关节出现骨侵蚀最终导致残疾。RA的早期识别和治疗对于达到有效的治疗效果至关重要。相比肿瘤病灶,RA病灶血液丰富、炎症分子分布在软骨和骨头周围,对光声分子成像的穿透能力要求更高。近年来,由于其具有大组织穿透深度、高信噪比等特性,近红外二区（NIR-II）光声分子成像（PMI）技术为我们了一种可选择的策略。但是目前仍然缺乏RA特异性的近红外二区分子探针。在此,我们设计和合成了一种托珠单抗（TCZ）修饰的共轭聚合物纳米颗粒（TCZ-PNPs）。TCZ-PNPs具有很强的NIR-II消光系数,高光稳定性和生物相容性。体内研究显示,TCZ-PNPs具有出色的靶向能力,可在3D PA断层扫描图像中以35.8 dB的高信噪比（SNR）对RA关节组织进行有效的非侵入性诊断。值得注意的是,使用TCZ-PNPs进行的为期一个月的治疗和PA监测显示,RA被显著抑制。光声的诊疗结果与临床Micro-CT和组织学分析结果一致。本工作很好的证明了NIR-II光声分子成像技术可以对复杂组织环境的RA病灶进行高特异、高信噪比的成像,研发的TCZ-PNPs辅助的NIR-II光声分子成像为RA治疗学,治疗监测等领域提供了一种新的策略。综合以上三个研究工作,我们成功实现了从被动靶向探针合成到高靶向探针合成以及从近红外一区探针设计到近红外二区探针设计的技术提升;从低深度病灶到大深度病灶高灵敏高信噪比成像的空间跨越。系统地阐明了光声分子成像技术相比其他光学成像技术对不同组织深度和背景病灶精准诊断的优越性。