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生物医学成像技术是疾病诊断与监测的重要方法。纳米造影剂可以增强疾病部位与正常组织的成像信号对比度,进而提高诊断的准确性。为了实现纳米造影剂在生物体内的有效利用,需要通过表面工程化修饰来赋予或提高它们的生物相容性、胶体稳定性和疾病靶向性等。然而,现有的表面修饰策略仍然存在一定局限性,如将靶向配体修饰到纳米粒表面的过程中,靶向基团可能会与纳米粒表面相结合而影响其靶向活性;同时,现有方法通常缺乏普适性,不能适用于多种纳米粒。因此,探索具有广泛适用性的表面配体修饰方法,对提升纳米造影剂在生物体内医学靶向成像效果至关重要。近些年,超分子在生物应用方面受到了广泛关注。其中,超分子化合物葫芦脲可通过主客体相互作用连接纳米粒和靶向配体,使靶向配体有序地排列在纳米粒的表面。基于此,本课题设计了一种新型纳米粒表面修饰方法来提升纳米造影剂的生物靶向性。首先,制备形貌均一、具有成像性能的系列无机纳米粒（以氧化铁纳米粒、氧化锰纳米粒、金纳米棒为例）,利用聚乙二醇（PEG）进行配体交换,以提高纳米粒的胶体稳定性和生物相容性,再分别进行亚精胺修饰,得到具有客体结构的纳米粒（XNP-SP）;随后,将靶向配体精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸序列（RGD）进行亚精胺修饰,得到具有客体结构的靶向配体（RGD-SP）;最后,以非环状葫芦脲（a CB）分子作为中间“桥梁”,通过双向主客体相互作用将XNP-SP和RGD-SP相连,获得一类基于超分子化学表面修饰的靶向纳米造影剂（XNP-CR TCAs）,分别为IONP-CR TCAs、MONP-CR TCAs与GNR-CR TCAs。通过透射电子显微镜（TEM）和粒度分析仪对XNP-CR TCAs的形貌和尺寸进行表征;通过紫外分光光度计（UV-vis）和电位测定对其表面a CB及RGD的修饰进行表征;通过磁共振成像仪或光声成像仪分别对它们的磁共振成像性能或光声成像性能进行表征;通过分子动力学模拟对主客体复合物的结构和RGD的朝向性进行研究。结果显示制备得到的三种XNP-CR TCAs都具有良好的分散性,表面修饰有a CB和RGD,且RGD的活性靶向基团朝向外侧,证明了靶向纳米造影剂的成功制备,同时表明该表面修饰方法具有普适性。进一步地,通过测定XNP-CR TCAs在不同生理介质中的粒径变化来考察其稳定性。结果表明,这种基于超分子化学的表面修饰方法赋予了纳米造影剂良好的胶体稳定性。随后,本课题在细胞水平上考察了XNP-CR TCAs的生物靶向性能。通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）以及体外细胞成像等方法,考察肿瘤细胞对XNP-CR TCAs的摄取情况,并合成基于化学共价连接靶向配体的靶向纳米造影剂（XNP-R TCAs,包括IONP-R TCAs、MONP-R TCAs与GNR-R TCAs）作为对照组,比较它们的靶向差异。实验结果表明,XNP-CR TCAs具有更优异的肿瘤细胞靶向能力,说明这种基于超分子化学的表面修饰方法可以提高纳米造影剂的靶向效率,且具有一定的普适性。进一步地,通过分子动力学模拟对超分子靶向配体与相应受体的结合情况进行研究。实验结果显示,超分子a CB可辅助RGD与整联蛋白αVβ3结合形成氢键,致使超分子靶向配体与整联蛋白αVβ3的结合更加紧密,从而有利于提升靶向配体的靶向效率。最后,本文在动物水平上深入考察了基于氧化铁纳米粒IONP-CR TCAs的医学靶向成像性能。通过比较磁共振成像信号变化和造影剂在肿瘤部位的富集程度来评价IONP-CR TCAs与IONP-R TCAs的靶向能力差异。实验结果表明,IONP-CR TCAs显示出优异的肿瘤靶向能力和T2磁共振成像效果,说明这种基于超分子化学的表面修饰方法可以显著提高纳米造影剂在疾病部位与正常组织的成像对比度,具有优异的肿瘤诊断性能。进一步地,通过血液学分析和组织学评价对IONP-CR TCAs的体内急性毒性和长期毒性进行了考察,验证了其良好的体内生物安全性。综上,本文提出的基于超分子化学双向主客体相互作用的纳米材料表面工程化修饰方法具有一定的普适性,可以适用于一系列不同的纳米粒,在赋予纳米粒胶体稳定性的同时可以精准地控制靶向配体的朝向,从而显著提高配体的靶向效率。体内外实验均证明基于这种超分子化学修饰方法的靶向纳米造影剂具有优异的肿瘤靶向能力和医学靶向成像效果,有利于疾病的有效诊断。此外,基于超分子化学的表面工程化修饰为未来设计与开发靶向纳米制剂提供新的设计思路和实验基础。