恶性肿瘤和心脑血管疾病已成为人类健康面临的两类严重威胁,因此对恶性肿瘤和心脑血管疾病的早期诊断和有效治疗引起了越来越多的关注。随着纳米生物技术、医学成像和靶向基因／药物转染的发展,超声／核磁共振成像引导下的临床诊断和治疗已经成为最有前途的非侵入性治疗方法之一。超声成像是一种非电离辐射成像模式,它以无电离辐射、安全性高、价格低而且可以为我们提供实时图像等优势,成为临床医学上最常用的一种诊断手段。微气泡超声造影剂的引入,进一步提高了诊断的准确性。近年来,微气泡超声造影剂在超声治疗领域得到更多关注,在靶向基因／药物转染、肿瘤消融和放射疗法等方面得以应用。磁性纳米颗粒已经广泛应用在核磁共振成像中,可以提高空间分辨率和软组织对比度,从而提高临床诊断的准确性。超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPIO)以独特的磁性特征,良好的生物相容性和磁性非病毒载体等优势,在生物医学领域得到了广泛应用。将SPIO颗粒嵌入在超声造影剂微泡表面可以制备多功能诊断／治疗造影剂,但同时这也改变了微泡造影剂的机械特性(例如微泡粒径分布,微泡包膜厚度和粘弹特性),进而影响微泡造影剂的动力学响应(比如共振频率、次谐波／谐波响应、声衰减系数、非线性振动和空化效应)和微泡造影剂在临床中的应用。本文着重研究SPIO颗粒的嵌入如何影响超声造影剂微泡的机械特性和动力学行为。通过将二巯基丁二酸(DSMA)修饰的SPIO颗粒与白蛋白包膜微泡进行组装来制备一种功能性包膜造影剂微泡。其次采用紫外分光技术,磁性检测技术,透射电子显微镜,X射线能谱和基于原子力显微镜(AFM)三维扫描技术对功能性包膜造影剂微泡进行了物理特性表征。研究结果表明,SPIO纳米颗粒能成功附着在白蛋白微泡包膜上,并且对微气泡包膜的结构和形貌有一定影响。本文还采用了一种综合性技术来定征双模态包膜微泡的机械特性和声学特性并提高评估的准确性和确定性。将原子力显微技术,单微粒光感技术,声衰减特性,包膜气泡动力学仿真相结合,多模态微泡粒径分布,包膜厚度,粘弹特性逐一确定,均为单一参数评估,不存在不确定性。本文系统地研究了SPIO粒子浓度对多模态微泡造影剂的机械特性和声学特性的影响。研究结果表明将原子力显微技术与包膜气泡动力学模型相结合可以准确定征包膜微泡的粘弹特性,随着SPIO纳米颗粒浓度的增加,包膜微泡的弹性系数呈现下降趋势,而粘性系数成上升趋势。另外,本文对功能性包膜造影剂微泡在超声成像、磁共振成像以及超声协助VEGF转染中的应用进行了系统的研究,研究结果表明,SPIO纳米颗粒的引入明显改善了超声成像和磁共振成像效果,其诊断的灵敏度和准确性大幅度提高,同时研究发现,当SPIO纳米颗粒浓度为114.7 μg/ml时,超声协助VEGF转染的效果最佳,从而为进一步完善功能性包膜造影剂微泡的设计方法提供有力支撑。针对超声结合造影剂增强水凝胶组织工程支架的孔隙率和通透性的作用机理进行了研究,采用扫描电子显微镜,体内荧光成像技术和激光共聚焦技术研究了低强度脉冲超声激发的声微流以及声微流产生的剪切力增强三维水凝胶支架材料的孔隙率和通透性的作用机制。本文的工作为多功能微/纳米颗粒在非侵入式恶性肿瘤诊断和治疗的发展和完善奠定理论基础,并提出了表征方法。