得益于独特的磁学特性和良好的生物安全性,铁氧体纳米材料作为影像探针已在磁共振成像临床诊断和影像学研究中获得了广泛应用。近期研究表明:尺寸小于5nm的超小铁氧体材料可展现较好T_1弛豫效能和低的r_2/r_1比率,可以作为T_1对比剂。然而,其磁学结构和弛豫增强机制仍有待阐明。本论文围绕着超小尺寸铁氧体纳米材料在磁共振成像应用中的关键科学问题,提出具有核/壳结构的准顺磁新结构;并通过研究不同核壳组分超小铁氧体与其弛豫性能的构效关系,阐明了准顺磁纳米对比剂T_1弛豫增强机制;构建了不同的准顺磁铁氧体纳米对比剂,并将其应用于乳腺癌磁共振检测以及肝脏特异性成像。具体研究内容如下:1.设计两步掺杂的策略,实现准顺磁超小铁氧体纳米对比剂的核壳组分调控。首先,利用碳酸锌、芥酸铁作为前驱体,通过动态同步热分解法制备了超小锌铁氧体纳米颗粒(Zn_xFe_(3-x)O_4)。通过调控两种金属前驱体的投料比调控锌铁氧体纳米颗粒中锌离子的掺杂水平(x=0.1-0.9),实现准顺磁超小铁氧体纳米颗粒晶核组分的调控。利用阳离子交换反应调控表面锰取代水平,实现准顺磁超小铁氧体纳米颗粒表面壳层的组分调控。TEM、EDSmapping、EXAFS等表征结果显示锌元素和铁元素均匀分布在铁氧体纳米颗粒中,而锰元素则主要分布在铁氧体纳米颗粒的表面,证明所设计的合成策略可实现准顺磁超小铁氧体核壳组分的调控。2.研究了准顺磁超小铁氧体中核壳组分对弛豫性能的影响,阐明了准顺磁铁氧体弛豫增强机制。结果表明,晶核中锌离子的掺杂可以影响准顺磁铁氧体的磁化强度,进而通过调节外球弛豫的贡献调控其弛豫性能;表面锰离子的取代可以缩短表面水分子的停留时间(τ_m),通过影响内球弛豫的贡献调控弛豫性能。准顺磁超小铁氧体纳米对比剂可以看作为一个大分子。通过改变其磁性晶核和表面自旋无序壳层的组分可以人为的调制其周围水分子的弛豫参数例如电子弛豫时间T_(1e)和水分子停留时间τ_m以及内外球弛豫之间的耦合。当锌掺杂量为0.4,表面锰取代水平为0.2(简写为Zn_(0.4)F@Zn_(0.4)Mn_(0.2)F)时,准顺磁铁氧体纳米对比剂的弛豫率r_1达到20.22mM~(-1)s~(-1),是原始超小氧化铁纳米颗粒的5.2倍,是临床使用的钆基对比剂马根维显(Gd-DTPA)的6.5倍。准顺磁超小铁氧体纳米颗粒独特的核-壳结构使得我们可以通过化学手段调节核-壳组分以调节其内球弛豫模型和外球弛豫模型的贡献,最大化地增强其弛豫性能。3.构建了不同准顺磁超小铁氧体纳米对比剂,实现了活体微小乳腺癌磁共振检出以及肝特异性磁共振成像。选用乳腺癌皮下肿瘤小鼠模型和乳腺癌肺转移小鼠模型两种肿瘤模型探究核壳组分调控的准顺磁超小铁氧体纳米颗粒活体T_1对比增强性能。活体磁共振T_1成像结果显示核壳组分调控的准顺磁超小铁氧体纳米颗粒比原始的氧化铁纳米颗粒(γ-Fe_2O_3-AMD)对比增强更明显,其对比增强比是γ-Fe_2O_3-AMD的4.5倍。小鼠肺转移磁共振成像结果显示核壳组分调控的准顺磁超小铁氧体纳米颗粒能够以较高的灵敏度检测乳腺癌肺转移的病理状态。准顺磁超小锰铁氧体(3nm)的肝脏特异性对比增强性能研究:系统评估了准顺磁铁氧体中组分与肝脏磁共振增强成像性能之间的关系。结果显示,随着锰掺杂量的增加,准顺磁锰铁氧体的弛豫率r_1先增加到最高值10.35mM~(-1)s~(-1)(Mn_(0.75)Fe_(2.25)O_4),然后下降到7.64mM~(-1)s~(-1)(Mn_(1.57)Fe_(1.43)O_4)。活体磁共振肝脏成像信号(ΔSNR)和Mn_xFe_(3-x)O_4纳米颗粒在肝脏中的分布随着锰掺杂水平的增加而近乎线性地增加。然而,体内外生物安全性评价均表明,较高锰掺杂量(x