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超顺磁氧化铁(SPIO)纳米颗粒因其独特的磁学性能以及良好的生物相容性，已经被开发成商业化MRI造影剂应用于临床疾病诊断。然而，将这些商业化SPIO造影剂用于肿瘤分子影像以及干细胞体内示踪等生物医学领域时，还存在着诸多挑战。例如，商业化SPIO造影剂在胞内或体内的降解速度快，无法满足长时间示踪于细胞在体内的迁移和归巢的需求;此外，SPIO造影剂的强磁化率效应使其在T2或T2*加权像中通常产生负对比度，容易受到体内出血、金属沉积等因素的干扰。本文从这两方面解决商业化SPIO造影剂存在的问题，并探索其在磁共振成像中的应用。主要研究内容包括： ⑴采用多元醇法制备得到了粒径在3～8 nm的单分散氧化铁纳米颗粒。磁学测试结果表明，多元醇法合成的氧化铁纳米颗粒室温下呈超顺磁性，其最大比饱和磁化强度达到68.2 emu/g。在11.7 T下，SPIO纳米颗粒的横向弛豫率随着粒子的水合粒径增加而增大，最大值达到了423.4 mM-1s-1，优于同等条件下商业化造影剂FeraSpin R的横向弛豫率。为了提高SPIO造影剂在胞内的耐受性及其生物安全性，通过溶胶凝胶法，在8 nm SPIO纳米颗粒表面包覆一层～8 nm厚的二氧化硅。包覆后SPIO@SiO2纳米颗粒的横向弛豫率达到了106 mM-1s-1。 ⑵将制得的SPIO@SiO2纳米颗粒用于标记人源间充质干细胞(hMSCs)，并系统考查了磁标记hMSCs在11.7 T超高场MRI条件下体外和体内的成像灵敏度。以100μg/mL的孵育浓度与hMSCs培养12h，细胞摄取量达到20.54±4.24pg Fe/cell，SPIO@SiO2纳米颗粒均匀分散在hMSC细胞质中。摄入胞内的SPIO@SiO2纳米颗粒对hMSCs没有产生明显的细胞毒性，并未干扰到hMSCs往脂肪细胞和成骨细胞分化。利用超高场MRI技术对均匀分散在琼脂糖中的SPIO@SiO2标记的hMSCs进行高空间分辨率成像，体外获得单细胞的灵敏度。将SPIO@SiO2标记的hMSCs注射到裸鼠脑内并进行活体MRI成像，实现了体内130个细胞的灵敏度。实验获得的成像灵敏度远高于同种标记技术在临床MRI成像仪上获得的灵敏度，可以为通过动物模型研究干细胞在体内的迁移和归巢提供有力的影像学工具。 ⑶针对SPIO造影剂产生的负对比度容易受到体内其它因素干扰的问题，研究了通过大幅度削减SPIO纳米颗粒的粒径来降低其磁化率效应，使得超细SPIO纳米颗粒的T1效应相对凸显出来。系统研究其作为T1造影剂在体外和动物体内的增强效果，并与临床常用T1造影剂Gd-DTPA进行了对比研究。在4.7T下，超细SPIO纳米颗粒的横向弛豫率和纵向弛豫率分别达到35.1和8.3 mM-1s-1，是相同成像仪下测得Gd-DTPA的6.62和1.73倍。通过尾静脉注射超细SPIO纳米颗粒到小鼠体内后，其对肝脏和肾脏的增强效果要优于相同剂量的Gd-DTPA造影剂。进一步地，在高温共沉淀制备超细SPIO纳米颗粒的过程中，用Mn2+代替Fe2+，制得超细MnFe2O4纳米颗粒。该磁性纳米粒子在体内也显示出良好的T1效果，并初步研究将其作为锰的替代造影剂应用于显示脑部解剖结构。