含有顺磁性金属钆离子及钆团簇的内嵌金属富勒烯(如Gd@C82，Gd@C60和Gd3N@C80)及其衍生物是一类高效的磁共振（MRI）分子影像探针，其造影效率远优于传统钆基螯合物造影剂。同时，碳笼的易修饰性使得表面可以引入羧基等活性基团，有利于进一步的多功能反应，成为其它生物活性分子或分子影像探针的有效载体，从而提高疾病检测的灵敏度和准确性。本文围绕钆基内嵌金属富勒烯Gd@C82的制备及多功能分子影像探针的设计进行了研究，内容主要包括以下几个方面:　　 第一章:简要介绍了分子影像学特别是磁共振成像(MRI)对分子影像探针的要求，着重介绍了钆基富勒烯/碳纳米管作为磁共振成像造影剂的优势与不足，以及作为多功能分子影像探针载体的前景，最后给出了本论文的选题依据。　　 第二章:发展了一种增加氧化性极性溶剂提高Gd@C82提取效率的方法。在使用传统方法提取Gd@C82时，通过向甲苯溶剂中加入少量的氧化性质子溶剂如三氟乙酸，可以使Gd@C82的提取效率提高332％。这种方法简单快速，并且无需设计定制特殊的仪器设备，成本较为低廉，同时还具有普适性，可推广应用于其它内嵌金属富勒烯M@C82（M=Y Lu，Ho等）的高效提取。Gd@C82的高效提取为后续多功能分子影像探针的构筑提供了原料保证。　　 第三章:设计合成了一种钆基富勒烯/异硫氰酸荧光素/叶酸复合物(EMF-FA-FITC)，可实现叶酸受体过表达肿瘤细胞的磁共振/荧光双模态分子影像靶向检测。作为磁共振成像造影剂，其纵向弛豫效率为20.2 mM-1s-1，是相同条件临床使用Gd-DTPA的5倍。引入的绿色荧光染料5-FITC可进一步弥补MRI在信号灵敏度上的不足，并可在细胞水平上观察探针与细胞的作用。同非靶向修饰的探针相比，靶向分子叶酸的引入大大提高叶酸受体过表达肿瘤细胞对探针的选择性摄取。细胞电镜(TEM)表征进一步证实该结论，并直观地观测到水溶性钆基富勒烯衍生物在细胞内以聚集体形式存在这一特点。　　 第四章:发展了一种绿色、简单的一步反应法制备了基于Gd@C82的磁共振/荧光双模态一体化的分子影像探针，Gd@C82O14(OH)14(NH2)6(f-Gd@C82)。作为T1加权像造影剂，其弛豫效率是临床使用Gd-DTPA的10倍;作为荧光成像探针，可实现宽激发-宽发射的细胞水平荧光成像。此外，对羟基自由基的高效清除能力使得f-Gd@C82可作为抗氧化剂使用，具有治疗活性氧自由基所致的相关疾病的潜能。同时，这种衍生化方法还可以推广到其它的富勒烯和氧化石墨烯上，得到具有荧光特性的分子影像探针，说明该制备方法具有普适性。　　 第五章:总结了本论文的主要结论及尚需进一步研究的问题。