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纳米材料在生物医学应用领域内具有独特的优势，例如可控合成、易于表面功能化修饰、长的体内循环时间、可以负载多功能物质于一身。因此，纳米探针已经深入生物医学领域的每个角落，且发挥着越来越重要的作用。本文针对当前纳米探针在合成和性能方面存在的不足开展工作，针对不同的需求设计并合成了几种新型的多功能纳米探针，并探索了它们在传感、分子成像以及肿瘤的早期诊疗方面的应用。研究内容主要包含以下六个部分: 1.氰化物是一种剧毒物质，它可以通过多种途径侵入到人体内。尽管如此，氰化物仍然被广泛地应用到各种领域。因此，急需发展高灵敏、高选择性的氰化物传感器用于检测环境中，特别是水体、生物体内氰化物的含量。针对当前氰化物传感器存在的选择性差、水溶性差、灵敏度不高以及制备复杂等问题，我们发展了一种基于BSA稳定的金纳米簇的氰化物检测探针。该探针不仅能够实现高灵敏、高选择性地检测氰化物，同时能够被直接用于水溶性介质中氰化物的分析，有望应用于生物体内和生物样品中氰化物的检测。 2.虽然荧光光谱相对于其它光谱技术来说具有非常高的灵敏度，然而它的穿透能力比较差。相反，磁共振成像组织穿透力强，但灵敏度不够。因此，这两种技术相结合可以弥补单一成像模式的不足，达到更好的诊断效果。我们针对当前荧光/磁共振双模式成像探针存在的诸多缺点，开发了一种简单、方便且环境友好的方法制备了基于钆掺杂氧化锌量子点的双模式成像探针。这种方法有效地克服了传统制备荧光/磁共振双模式成像探针方法的缺点。同时，所得到的双模式成像探针尺寸小、毒性低。钆掺杂不仅提高了氧化锌量子点的荧光量子产率，同时赋予了探针磁共振成像的能力。利用此探针可以实现细胞的快速标记。 3.X-射线CT成像由于具有深的组织穿透性、操作简单、分辨率高等优点已经被广泛地认为是当前临床疾病诊断技术中最为有效的工具。然而，临床使用的碘取代的有机小分子类CT造影剂存在着造影能力低、体内循环时间过短、容易引起肾毒性等缺点，极大地限制了CT成像在生物医学中的应用。基于此，我们从CT原理角度出发，对造影元素进行了筛选，首次开发了基于镱的纳米粒子CT造影剂。由于镱的K电子结合能与X-射线光谱匹配良好，在临床常用的操作电压下，该造影剂的造影能力显著高于碘类造影剂的造影能力，甚至优于当前开发的基于其它重元素的造影剂的造影能力。更重要的是，该造影剂具有长的体内循环时间，低的体内毒性。除此之外，通过掺杂钆元素，可以同时实现X-射线CT、磁共振以及上转化荧光三模式成像。 4.考虑到单个造影元素造影能力有限且无法适应操作电压的变化，我们制备了第一个双元纳米粒子CT造影剂。由于两种造影元素的K电子结合能差异较大，该双元纳米粒子CT造影剂的造影能力在不同的操作电压下都显著高于碘类造影剂的造影能力。此外，该双元CT造影剂的体内成像效果有了进一步的提高。活体实验证明该造影剂可以用于X-射线血池造影。 5.近红外光热治疗技术是近年来发展的一项肿瘤治疗技术，由于其高的选择性等优势而备受青睐。然而，当前开发的光热治疗试剂存在着潜在的毒性问题，使得该治疗技术受到了极大的限制。基于此，我们制备了基于多巴胺黑色素纳米粒子光热治疗试剂。由于多巴胺黑色素是人体内广泛存在的物质，所得到的多巴胺黑色素纳米粒子具有非常低的毒性和生物可降解性。在近红外光照射下，多巴胺黑色素纳米粒子可以有效地吸收光能并将其转化为热能，光热转换效率相对于目前开发的光热治疗试剂有了显著的提高。体内体外实验证明多巴胺黑色素纳米粒子可以杀死肿瘤细胞并且抑制肿瘤的再生长。此外，多巴胺黑色素纳米粒子表面很容易进行功能化修饰。通过修饰Gd-DTPA后，纳米粒子可以实现磁共振成像指导的肿瘤靶向治疗。 6.肿瘤临床诊断中存在的一个重要问题就是肿瘤的诊断和治疗是分开的。为了解决这一医学问题，我们结合X-射线CT成像和光热治疗技术在肿瘤诊断和治疗中的优势，首次开发了基于PEG修饰的硫化铋纳米点的诊疗试剂。与绝大多数传统的诊疗剂相比，PEG修饰的硫化铋纳米点无需任何的修饰就可以实现X-射线CT成像指导的肿瘤靶向治疗。体内实验表明该试剂具有长的体内循环时间，低的毒性，可以通过被动靶向有效地在肿瘤部位富集，且在808nm激光器照射下，纳米点可以有效地吸收光子并将所吸收的光能转化为热能，从而有效地杀死癌细胞，摧毁肿瘤组织并抑制肿瘤的再生长。