敏感和准确的成像方式才能推进精准的医学诊断和治疗。多模式成像探针已成为提高疾病检测灵敏度和准确性的有力工具,在疾病诊断和治疗中具有重要意义。通过结合多种成像方式,可以弥补各个成像方法缺陷、得到更强穿透力和更高分辨率的无创成像以及更精准诊断和更高灵敏度。基于此,本文探讨了具有荧光和磁共振的纳米探针的合成、表征及其在双模式成像和生物分析中的应用。具体内容如下:1.本文以外消旋谷胱甘肽（racemic glutathione,GSH）为碳源,乙二胺四乙酸二钠（ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt,EDTA）为金属离子稳定剂,FeSO₄·7H₂O为Fe²⁺原料,通过简单的一锅水热法制备了具有磁共振和荧光性能的铁掺杂碳量子点（iron-doped carbon quantum dots,Fe-CQDs）。将GSH、EDTA和FeSO₄·7H₂O的混合水溶液在180℃下加热6 h,反应结束后得到透明的红棕色溶液。自然冷却后透析24 h即得到Fe-CQDs。对掺杂不同价态的铁元素、反应原料比例、反应时间进行了条件优化。经过条件优化后的结果显示,GSH/EDTA/FeSO₄·7H₂O的摩尔比为5/2/1时,在180 ^oC反应6 h时,产品显示最高的1/T₁值。进一步使用透射电镜（transmission electron microscopy,TEM）、X射线能量色散光谱（energy dispersive spectrometer,EDS）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）和傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy,FTIR）对Fe-CQDs进行表征。综合表征结果,证实了Fe²⁺成功掺杂在碳量子点中。2.制备得到的Fe-CQDs具有高的纵向弛豫率(r₁=3.92 mM^–1?s^–1)和低的横向弛豫率(r₂=4.99 mM^–1?s^–1),纵向驰豫率优于临床所使用的钆基造影剂(r₁=3.1-3.5 mM^–1?s^–1)。r₂/r₁趋近于1也揭示Fe-CQDs具有作为高效的T₁-加权造影剂的潜力。同时,Fe-CQDs保留了碳量子点优异的光学特性,荧光量子产率为3.80%,并且Fe-CQDs具有良好的光学稳定性和广泛的pH适用范围。这些结果表明Fe-CQDs有潜力应用于生物成像中。3.细胞活力试验、体内生长评估、组织化学评估结果显示Fe-CQDs有极小的细胞毒性,没有造成小鼠体内严重的组织损伤或抑制小鼠的生长,说明Fe-CQDs具有优异的生物相容性。在体外与A549细胞孵育的实验表明,Fe-CQDs在细胞中有内化行为,并保留了Fe-CQDs的荧光和磁共振特性,因此Fe-CQDs有潜力应用于磁共振和荧光双模式生物成像,为目标组织提供精确的生理和空间信息。在体内实验中,Fe-CQDs表现出较高的对比效率,提高了T₁-加权磁共振图像的正对比度。此外,主要器官的体内时间依赖性磁共振成像结果显示,由于其超小尺寸和良好的生物相容性,Fe-CQDs表现出快速的肾小球滤过过程以及逃避免疫吸收能力。这些结果表明,制备得到的Fe-CQDs具有作为荧光和磁共振双模式生物成像探针的潜力,可用于许多疾病的早期诊断。4.将Fe-CQDs用于药物分子的识别与检测。研究初步证明,Fe-CQDs能够影响褪黑素的荧光与散射,揭示了Fe-CQDs与褪黑素之间存在某种相互作用。这种作用可能影响Fe-CQDs的弛豫性能,结合Fe-CQDs优异的磁共振成像能力,有望在体内无创且可视化检测褪黑素。此外,发现H₂O₂能够有效的猝灭Fe-CQDs的荧光,Fe-CQDs溶液颜色由红棕色逐渐变为无色透明,说明Fe-CQDs的结构发生了巨大变化。同样,这种变化可能影响Fe-CQDs的弛豫性能,有潜力在H₂O₂的存在下调节磁共振信号,为在体内分子水平上无创、定量的检测H₂O₂提供了可能。