肺癌是目前我国死亡率第一的恶性肿瘤,特别是近年来随着环境污染问题的加剧,其发病率逐年递增。早期诊断是攻克癌症的关键之一,因此发展更为全面和可靠的诊断技术受到人们的广泛关注。磁共振成像(MRI)是目前在临床中应用最为成熟的影像技术之一,它能提供高分辨的组织信息和三维结构成像,但由于靶向性差、灵敏度低,其应用受到很大限制。而光学显像技术则具有相当高的灵敏度,因此将MRI与光学成像结合,既能提供高分辨率的结构组织学信息,同时又能实现高灵敏的功能学显像,最终能达到功能学与结构组织显像的完美统一。本论文针对肺癌,基于磁共振/荧光双功能成像技术(MRI-FI)的研究现状,设计和构建了一系列以石墨烯量子点和介孔硅球为载体的高灵敏和高特异性分子探针,用于对肺癌细胞A549的MRI-FI;双模态成像。所构建探针还能将抗癌药物选择性地运送到靶标细胞当中,达到诊断和治疗的双重目的。本论文开展了以下几方面的工作：1.介绍磁共振成像基础,简述了MRI和FI纳米分子影像学的原理和应用,以及石墨烯和介孔硅球在多模态成像中的进展,并由此提出了本论文的研究思路。2.以氧化反应和微波辅助水热法两步简单反应合成了不同荧光发射波长的石墨烯量子点。所得到石墨烯量子点水溶性好,无明显细胞毒性,激发波长、发射波长和粒径皆可控。其中,绿色荧光(Ex/Em=440/548 nm)石墨烯量子点的量子产率可达48%。将不同荧光颜色的石墨烯量子点导入细胞后,可对细胞进行荧光共聚焦成像。3.以聚乙二醇二胺为桥梁,通过酰胺缩合反应将MRI造影剂Gd-DOTA和靶向性分子透明质酸连接到合成的蓝色荧光石墨烯量子上,构建了一种MRI-FI双模态探针。这种探针能够在A549细胞中选择性富集,并能被当做载体负载抗癌药物阿霉素。其纵向弛豫率高(75.6 mM-1·s-1)、自发荧光强,被选择性内吞后,可实现对癌细胞A549的核磁和荧光双模态成像。抗癌药能通过π-π作用负载到石墨烯量子点上。所负载药物由于癌细胞中酸性的增强而被释放,进入细胞核内与核酸反应,诱导癌细胞的凋亡。由于其良好的核磁、荧光性质和药物缓释效果,所设计探针有望用于癌症治疗及给药过程中的疗效评价。4.合成了钆卟啉(Gd-TP)和镥卟啉(Lu-TP),并将它们通过π-π共轭作用负载到修饰有环肽RGD的石墨烯量子点上,获得了一种能够用于光动力学治疗(PDT)的MRI-FI双模态探针。与传统的PDT相比,这种探针含有的Lu-TP作为光敏剂激发波长更长(λ=765nm),使激光可穿透更深的组织。氧化还原型抗癌药Gd-TP能够诱导癌细胞产生氧化还原应激,使癌细胞对由Lu-TP诱导的PDT疗效更好。以小功率(50 mW/cm2)激光短时间(3分钟)照射,即可诱导A549细胞的凋亡和坏死。石墨烯量子点与药物的荧光重叠,使探针的荧光得到增强。所设计探针有较强的荧光和MRI纵向弛豫率(8.51 mM/s),有利于用荧光和核磁成像两种手段在细胞和活体层面对肺癌细胞进行成像,以评价PDT的效率。5.设计并合成了新型的pH敏感的分子探针用于人肺癌细胞A549的19F MRI-FI成像。以掺杂了FITC的介孔纳米硅球(FMSNs)为载体,将19F造影剂负载于其中。并以腙键为纽带,将金纳米作为纳米塞固定在荧光FMSNs的孔道口外。进入癌细胞后,由于细胞内酸性增强,酸敏感的腙键断裂,金纳米盖子打开,从而将FMSNs的孔道内释放出19F MRI造影剂进行细胞MRI成像。由于生物体内无19F,这种探针有望用于无背景干扰的19F MRI和细胞荧光成像当中。