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磁共振成像(简称MRI)是临床上最重要的成像诊断技术之一。MRI是一种安全、非侵入、非放射性的诊断方法，能够提供三维立体成像效果，适用于深层组织和全身成像。磁共振成像造影剂可提高MRI的灵敏度、性噪比以及提高软组织图像的分辨率，在MRI中扮演着重要角色。本论文工作重点在于设计合成了一系列基于Gd(Ⅲ)配合物的智能造影剂和多功能造影剂;其中，GdL1为一种Cu2+响应型智能造影剂，GdL2和GdL3为对Zn2+响应的荧光/磁共振双模式成像造影剂，GdL4为对Fe2+响应的荧光/磁共振双模式成像造影剂，TPP(DTTAGd)4为磁共振/荧光双模式成像-光动力治疗诊疗剂。目标产物采用柱色谱等方法进行分离和提纯;使用元素分析、单晶衍射、电喷雾质谱、核磁共振波谱、紫外可见吸收光谱、红外光谱、激发和发射光谱、发光寿命、发光量子产率等手段对这些中间体和目标化合物的结构与性能进行表征和研究。系统地研究了这些化合物的光物理、光化学和弛豫性能。利用紫外可见吸收光谱，发射光谱，弛豫性能测试等方法研究了它们对被分析物种的响应性能。利用细胞激光共聚焦荧光成像研究了这些化合物的生物相容性和细胞膜透过性。 1.对Cu2+响应的磁共振成像造影剂利用酰胺化反应和亲核取代反应，将对Cu2+选择性识别的8-酰胺基喹啉基团引入到DO3A环配体上，再通过与Gd(Ⅲ)配位，得到一种对Cu2+响应的电中性配合物GdL1。 弛豫性能研究表明，配合物GdL1与等当量Cu2+结合时，其弛豫效率由4.3 mM-1s-1增加到7.3 mM-1s-1，增加了70％，T1加权成像信号对比度明显增强。当存在碱金属离子(Na+，K+)，碱土金属离子(Ca2+，Mg2+)和过渡金属离子(Fe2+，Fe3+，Zn2+，Cu+)等时，配合物GdL1对Cu2+也能表现出灵敏的响应，而且对各种常见的阴离子具有较好的抗干扰能力。配合物EuL1被用于研究光谱特性，该化合物的滴定光谱和发光寿命研究表明，与Cu2+结合时，中心稀土离子的配位水的数目增加，这是GdL1弛豫效率增加的主要原因。 2.对Zn2+响应的荧光/磁共振双模式成像造影剂通过向DO3A基团上引入Zn2+荧光探针8-磺酰胺喹啉基团，合成了两种新颖的荧光和弛豫效率同时对Zn2+具有响应增强的荧光/磁共振双模式成像造影剂，GdL2和GdL3。这两个化合物在缓冲溶液中与0.5当量Zn2+结合时发光强度分别增加了7倍和10倍，弛豫效率分别增加了55％和44％;而其它金属离子以及阴离子的干扰较小;同时，他们具有较低的细胞毒性和很好的生物相容性，能够被活细胞无损伤吸收。这两个化合物与HSA都能有效结合从而获得更大的弛豫效率。在生理条件下GdL2和GdL3对Zn2+也能表现出出色的弛豫响应性能，在人血清中GdL2和GdL3分别与1.0当量和0.5当量Zn2+结合时弛豫效率分别增加了132％和22％。另外，化合物GdL2Zn在与HSA结合时，荧光强度和弛豫效率都表现出3倍的增加。 在配体H3L2中酰胺基团处于磺酰胺邻位，该配体既可作为二齿配体也可以作为三齿配体与Zn2+配位;三齿配位时的配合物GdL2Zn与HSA结合时，配位构型由三齿转化为二齿，GdL2Zn通过配位键与HSA连接，使得弛豫效率和荧光强度同时增加。而在配体H3L3中酰胺基团处于磺酰胺对位，该配体只能作为二齿配体与Zn2+配位，与HSA结合时，配位构型不会发生改变。 3.对Fe2+响应的荧光/磁共振双功能成像造影剂利用Pd(PPh3)2Cl2-CuI催化的Sonogashira偶联反应，将给电子的苯酚基团偶联到2，2-联吡啶上，生成一个具有强ICT荧光发射的Fe2+探针。再将该探针对Gd-DTTA配合物进行修饰得到了一类对Fe2+具有选择性响应的荧光/弛豫双模式成像造影剂GdL4。 在配合物GdL4的结构中，Gd-DTTA基团与具有强荧光发射的4-([2，2]联吡啶基-5-乙炔基)苯氧基通过共价键相连;配合物有大的分子刚性，Gd3+有2个配位水，因此其弛豫效率高达10.3 mM-1 s-1;配合物GdL4相对于临床使用的造影剂Gd-DTPA，T1加权成像信号对比度有很大的提高;另外，配合物GdL4能够无损伤地进入细胞并在细胞质内表现出较强的荧光发射，说明该化合物具有很好的细胞膜透过性和生物亲和性。配合物GdL4与Fe2+通过2，2-联吡啶基团配位时，造影剂的弛豫效率增加了32％，荧光发射发生了明显的猝灭。 4.基于Gd(Ⅲ)-卟啉化合物的多功能诊疗剂将Gd(Ⅲ)配合物引入到四苯基卟啉上，设计合成了一种Gd(Ⅲ)-卟啉化合物TPP(DTTAGd)4作为多功能诊疗剂;该配合物经带负电荷的Gd-DTTA基团对四苯基卟啉的修饰，使卟啉化合物的水溶性大大增强，光化学和光物理性能相对四苯基卟啉有很大提高。 由于Gd-DTTA基团与刚性较大的四苯基卟啉相连，配合物TPP(DTTAGd)4单位Gd(Ⅲ)浓度的弛豫效率高达14.1 mM-1 s-1，大大高于现在临床使用的经典造影剂(3.0-6.0 mM-1 s-1)。配合物TPP(DTTAGd)4能与HSA上的位点Ⅰ和位点Ⅱ通过静电作用和疏水作用相连接，结合以后，弛豫效率增加到了29.2 mM-1 s-1。在HS（人血清）中测得生理条件下该化合物单位Gd(Ⅲ)浓度的弛豫效率为21.2mM-1 s-1。TPP(DTTAGd)4有很强的S带和Q带吸收，并且在665nm处有高效率的荧光发射。其中，以610nm红光激发时发光量子产率达7.52％。细胞荧光成像表明该化合物对细胞没有明显的损伤，被细胞摄取后主要集中在细胞质区域，说明配合物具有很好的生物相容性和较低的暗毒性。TPP(DTTAGd)4在650±20nm的远红光照射下能高效地产生单重态的氧，作为光敏剂表现出比TPP单体更高的光动力活性。