核磁共振成像技术具备无损伤、无放射性污染、能够获得三维解剖学图谱等优势，逐渐成为了一种不可替代的临床诊断手段。利用顺磁或超顺磁材料作为核磁共振造影剂能够提高核磁共振成像的分辨率及对比度。通过对磁性材料进行合理的选择和修饰，能够获得各种具有靶向性、响应性、长循环时间等特性的新型核磁共振造影剂，有望为核磁共振技术开辟更为广阔的医用前景。多金属氧簇是一类历史悠久的无机材料，其催化、氧化还原及光学特性已经广泛地应用到工业生产当中。近年来，多金属氧簇在医药领域内的独特性质也获得了科研工作者的广泛关注。本论文的的主要研究内容及结论如下：设计并合成了三种框架结构相同的夹心型Gd多金属氧簇结构，分别以磷、硅、硼为杂原子。并以这三种分子作为基础，研究了杂原子种类变化对多金属氧簇的水溶性以及酸碱稳定性的影响。从弛豫效率和细胞毒性的角度评估了三种多金属氧簇作为核磁共振造影剂的可行性。结果表明三种多金属氧簇在水中的溶解度都高于现有的商用Gd配合物造影剂，并且能够在中性及弱酸性溶液中稳定溶解。三种多金属氧簇在水中的纵向弛豫效率与Gd-DTPA相比都有较大程度的增加。杂原子体积不同导致了多金属氧簇体积的变化，使造影剂在水中的翻转相关时间有所差异，最终导致三种多金属氧簇纵向弛豫效率的大小为POM-1≈POM-2>POM-3。这种纵向弛豫效率的区别与临床1.5T核磁共振成像仪的测试结果相一致。最后还发现这三种多金属氧簇与蛋白质之间都有比较强的静电相互作用，并且随着多金属氧簇自身所带电荷数的增加，这种静电相互作用的强度逐渐增强，即POM-1<POM-2<POM-3。而这种多金属氧簇与蛋白质之间的静电相互作用能够减慢多金属氧簇在溶液中的翻转，从而使这三种核磁共振造影剂在蛋白质溶液中的纵向弛豫时间较纯水溶液中均有所增加，增加的幅度随多金属氧簇的电荷的增加而增强，即POM-1<POM-2<POM-3。但同时也发现，这种静电作用会降低多金属氧簇在生理环境中的稳定性，增加了其生物毒性，导致最终三种造影剂的细胞毒性强度变化为POM-1>POM-2>POM-3。随后设计并合成了两种体积差异较大的顺磁性多金属氧簇，一种为Keggin型多金属氧簇（POM-4），另一种为两个Keggin型多金属氧簇形成的双扣型多金属氧簇（POM-2），通过两者的对比评价多金属氧簇体积对其溶解度、稳定性、弛豫效率、以及细胞毒性的影响。结果表明，在水溶液中，POM-2具有更大的分子体积，能够增加其在溶液中的翻转时间，从而使POM-2的纵向弛豫效率相对较大。两种多金属氧簇均能够与蛋白质之间发生静电相互作用，使人血清白蛋白溶液的特征荧光信号随着POM-2和POM-4的加入发生明显淬灭。这种静电相互作用使多金属氧簇在溶液中的翻转时间减慢。从而使POM-2和POM-4的纵向弛豫效率都有所增加。其中，POM-2较多的电荷数使其与蛋白质间的静电相互作用相对较强，使POM-2的纵向弛豫效率的增加幅度更大。而进一步的细胞毒性测试则表明，POM-2的细胞毒性较POM-4高。结合两项测试结果，尽管POM-4的纵向弛豫时间较POM-2相对较低，但是细胞毒性更小，更适合与未来直接的临床应用。