随着纳米技术和成像手段的不断进步,诊断与治疗体系作为一种涵盖个性化药物、分子成像等多个内容的治疗策略,拥有了更强的影响疾病治疗的能力。在设计和构建诊断与治疗体系的过程中,如何将各个功能部分有机地结合起来,实现协同的、高效率的输出,满足实际应用的需求,是研发的重点和难点。其中,载体部分作为诊断与治疗体系的“排插”,能够整合其他各部分功能,具有至关重要的作用。在众多载体系统中,蛋白质作为一种具有天然优异的生物相容性、特异性结合能力和表面功能化修饰能力的载体系统,在高效诊断与治疗体系的构建中具有极大的研究价值。人血清白蛋白（Human serum albumin,HSA）作为血清中最具载体特性的蛋白质,有多种结合域,在结合各类疏水小分子药物、无机纳米颗粒、成像分子,构建多功能诊断与治疗体系中有极高的应用价值。除了简单输运载荷以外,其与顺磁性金属离子的结合,还能显著提升后者的核磁共振特性。基于此构建核磁共振成像（Magnetic resonance imaging,MRI）介导的生物传感平台和高效诊断与治疗体系,能够加深对疾病分子层面的认识,开发更有效的治疗策略。血红蛋白（Hemoglobin,Hb）作为生物体内广泛存在的天然金属卟啉分子载体,在能量传递和分子运输方面有独特的性质。脱血红素血红蛋白能够特异性结合卟啉化合物,这一特性不仅能够解决卟啉分子水溶性差、生物应用难的问题,还能够有效防止分子间聚集,提升卟啉化合物的理化特性。除此之外,其表面可进行多种化学修饰,能够集成多种功能,用于构建高效诊断与治疗体系。本论文基于以上两种蛋白质独特的载体性质,结合MRI技术和光动力学疗（Photodynamic therapy,PDT）技术优势,构建了数种高灵敏度、高选择性的诊断与治疗体系,并对其性质进行了系统研究与调控,最终将其成功应用于疾病相关的检测与治疗中。具体内容如下:（1）在第2章中,我们构建了一种具有核磁共振放大能力的人血清白蛋白-顺磁性金属锰离子（HSA-Mn）体系,并探究了这一核磁放大效应的pH响应性,发现这一性质能够明显提高核磁共振分子成像的灵敏度。除此之外,通过引入~1O2响应性的聚合物分子甲氧基聚乙二醇-天冬氨酸-咪唑（m PEG-PAsp-IM）,我们构建了一种具有~1O2响应性的HSA-Mn核磁共振探针体系,在MRI成像的药物运输、PDT方面有潜在应用价值。另外,通过实验,我们发现Mn（II）在游离状态下才能更好的HSA结合,纵向弛豫率得到有效放大,这一结论对于构建基于蛋白核磁放大效应的探针体系具有重要的参考价值。（2）在第3章中,我们利用HSA-Mn核磁信号放大体系具有pH响应性的特点,结合MRI无损检测的优势,发展了一种HSA-Mn水凝胶胶囊,克服了已有方法患者依从性差、穿透深度有限、安全性低的问题,首次实现胃液pH的原位无损MRI检测。该新型MRI探针利用水凝胶胶囊对不同大小分子的筛分能力,能够有效抵抗胃液中胃蛋白酶、胃粘液素等物质的干扰。同时,HSA-Mn对pH的敏感性显著提高了核磁共振分子成像的灵敏度,在体内外异常胃液pH（pH>3）的检测中展现出优异的分辨能力。这种具有良好生物相容性的HSA-Mn水凝胶胶囊有望在未来的临床应用中成为胃部pH原位检测的有力工具。（3）在第4章中,我们基于Hb,制备了一种新型脱血红素血红蛋白载体（ApoHb）,为卟啉化合物水溶性差、生物应用受限制的问题提供了一种高效的解决策略。在探究ApoHb与卟啉化合物的结合性质过程中,我们发现其与原卟啉以及数种金属卟啉化合物能够形成稳定的蛋白复合体。这种蛋白复合体在提高了卟啉分子的水溶性的同时最大程度上保留了卟啉分子本身的特性,为进一步开发为诊断与治疗体系提供了可能。通过分子模拟对接和结合常数的计算,证实了这种结合形式高效且有序,为其进一步的生物应用提供了基础。除此之外,我们还制备了一种铁/锌混合取代的血红蛋白,发现其同样具有光敏性,是构建基于天然血红蛋白为载体的高效诊断与治疗体系的一种新思路。（4）在第5章中,我们利用合成的Zn PHb具有的独特光敏性质,设计了一种肿瘤PDT诊断与治疗体系。这一蛋白复合体在生理条件下相对稳定,通过与常用蛋白载体HSA的对比,我们发现所得蛋白复合体能够有效抵抗生理疏水分子的干扰。除此之外,我们发现该体系负载的Zn Pp IX能够有效降低肿瘤细胞中血红素加氧酶（HO-1）的活性,这一性质可通过抑制还原性物质胆红素的生成对PDT起到协同作用。同时,我们发现蛋白表面叶酸靶向分子的修饰可以有效增强被肿瘤细胞摄取能力,为实现更精准的治疗提供了可能。最终,我们将制备的蛋白复合体,运用在对小鼠乳腺癌细胞（4T1）皮下肿瘤的PDT实验中,发现其能够明显抑制肿瘤生长的同时,对其他器官、组织没有毒副作用,展现了其优异的选择性和生物相容性。因此,我们的工作表明,ApoHb作为一种新型蛋白质载体,能够用于构建针对癌症治疗的高效蛋白质纳米诊断与治疗体系。