氟-19磁共振成像(19F MRI)在体内没有背景信号干扰，具有无创、无放射性、无组织穿透深度限制和直接定量等优点，在生物医学领域具有广阔的应用前景。然而，主要由超疏水全氟化物或两亲性氟化大分子制备的纳米造影剂，存在稳定性差、生物利用度低、氟含量不足和疏水聚集导致信号衰减等问题，严重制约体内成像效果及定量研究。基于此，本研究提出从超亲水两性离子造影剂的分子设计与制备到体内定位定量示踪应用的研究思路。
　　首先，通过单体分子合成，在每个氟化单元引入羧酸甜菜碱两性离子结构增强亲水性，同时利用具有磁等价氟原子的基团调控氟含量；利用可逆加成-断裂链转移聚合制备分子量和分布可控分聚合物，获得磁等价氟含量高且同时具有超亲水性的三氟甲基化的两性离子氟化聚合物造影剂(PCBF3)，其氟含量为19.1wt%。PCBF3造影剂具有卓越的抗蛋白吸附能力，能够在血浆和组织匀浆等生物样本中以及体内复杂的生物环境中保持稳定的磁共振性质，从而建立基于19F磁共振波谱(19F MRS)的定量计算方法，应用于造影剂的代谢动力学行为评价；建立基于19FMRI的定量计算方法，应用于在体定量评估造影剂的生物利用度和组织分布。而且，PCBF3造影剂具有良好的生物相容性，不存在免疫原性，有利于避免被网状内皮系统的快速清除，延长体循环时间，随后将超亲水两性离子PCBF3造影剂与新生血管整合素配体αvβ3结合(αvβ3-PCBF3)，应用于肝癌特异性靶向诊断，定量计算肿瘤组织对造影剂的摄取。研究表明，肿瘤组织对αvβ3-PCBF3造影剂的摄取率约为9.04±1.86%，不仅有利于肿瘤的靶向精准诊断，也为后续靶向肿瘤药物递送研究奠定基础。
　　其次，为了证明超亲水聚合物造影剂在纳米科学中应用的可行性，利用反相微乳液聚合制备粒径和交联度可控的纳米凝胶。发现超亲水两性离子纳米凝胶依然能够在复杂的生物样本中保持稳定的磁共振性质，并且不会被巨噬细胞和树突状细胞等具有强细胞摄取能力的细胞摄取，具有显著延长的体循环时间。并且，发现粒径约为80nm，交联度为5%的超亲水两性离子纳米凝胶可以经肾脏代谢排除，其原因可能是由于超亲水两性离子纳米凝胶的可变形性，机理仍需要进一步探究。
　　再次，将超亲水两性离子造影剂用于水凝胶标记，在体精准定位示踪和定量评估降解速率。合成含有炔基的三氟甲基化羧酸甜菜碱两性离子分子(PA-CBF3)，利用“点击”反应标记叠氮基团修饰的聚乙二醇-聚缬氨酸(PEV)水凝胶基质(CBF3-PEV)。PA-CBF3造影剂对PEV水凝胶的标记，不仅未对水凝胶的性质造成影响，而且造影剂能够在水凝胶基质中保持原有的磁共振性质。进一步，利用19FMRI不仅能够得到CBF3-PEV水凝胶的体内三维立体和二维解剖等准确定位信息，而且可以定量计算水凝胶在体内的实时降解速率，证明了利用19FMRI在体精准定位示踪和定量评估水凝胶降解速率方法的可行性。接下来，成功的将PA-CBF3造影剂对海藻酸、聚丙烯酰胺和泊洛沙姆水凝胶等进行标记，证明了利用19FMRI在体精准定位示踪和定量评估水凝胶降解速率方法的适用性。
　　总体而言，具有超亲水性的三氟甲基化羧酸甜菜碱两性离子分子，具有磁等价氟含量高、体内外磁共振性质稳定和生物利用度高等优点，可以被定义为新一代高性能19FMRI造影剂，有利于促进19FMRI在生物医学领域的应用。另外，通过本研究可得到利用19FMRS/MRI定量检测的超亲水材料，无需放射性同位素或荧光分子标记，即可实现体内专一性定量示踪，可在开发多模态成像探针，可视化的纳米药物、纳米疫苗及植入材料等方面发挥重要作用。