肿瘤微环境是指肿瘤发生、生长、转移的内外部环境。它不仅包括肿瘤所在组织的结构、功能和代谢参数,还包括肿瘤细胞本身的各种内部环境,是现代肿瘤学研究的一个核心科学问题。借助于影像学技术实时原位检测肿瘤微环境,对于癌症的精准诊疗具有重要意义。其中,磁共振成像（MRI）是一类临床常用的影像学检测技术,对肿瘤的诊疗及预后监控发挥着重要作用。随着计算机科学和物理学的进步,一系列新型MRI序列为设计多模态影像探针研究肿瘤微环境提供了新的方向。本论文通过合理的材料设计和组分调控,构建了两种新型的多模态MRI影像探针,分别在肿瘤血管和肿瘤细胞层面上,实现了肿瘤微环境的磁共振多序列影像模式精准检测。主要内容包括以下方面:（1）基于磁共振灌注加权成像（DCE-PWI）和弥散加权成像（DWI）同机融合的超小氧化铈纳米探针（PEG-CeO₂:Gd）用于肿瘤微环境精准检测:肿瘤血管微环境在肿瘤的生长和发展中起着重要作用,是评估肿瘤侵袭性的重要指数,利用核磁共振影像技术精准检测肿瘤血管环境具有重要意义。基于我们课题组前期工作中发现的氧空位增强磁共振影像性能的现象,本工作提出了“基于氧空位调控的磁共振影像增强”新策略,利用氧化铈材料体系氧空位缺陷易调控的特性,设计制备了具有超高造影性能（临床Gd剂的五倍）的氧空位强化的超小磁共振影像探针（PEG-CeO₂:Gd）。这类影像探针可以赋予传统结构影像序列以及DWI/DCE-PWI等新型磁共振影像模式更高的灵敏度,显著提高了肿瘤区血管的解剖结构分辨率和功能信息敏感性,具有重要的临床价值。（2）基于磁共振T₁结构影像和多翻转角T₁-mapping序列影像的金属有机框架化合物（MIL-53@MnO₂）探针用于评估肿瘤耐药性:肿瘤组织自适应耐药性以及其相关检测一直是癌症治疗中一个棘手的问题,若能通过影像学无创、实时精准检测肿瘤耐药性以及耐药细胞分布,将具有重要的临床意义。肿瘤多药耐药（MDR）基因及其产物如P糖蛋白（P-glycoprotein,Pgp）的过度表达,是导致绝大多数恶性肿瘤化疗后获得耐药性的主要原因,而过表达的Pgp会造成耐药性肿瘤细胞内的活性氧（ROS）水平下调,若能设计高灵敏的ROS智能响应型纳米磁共振影像探针,将有望借助于磁共振影像技术实现无创、精准地评估肿瘤耐药性。本工作以纳米铁基金属有机框架化合物（NH₂-MIL-53,MIL-53）作为内核,在其外表面原位均匀生长氧化锰纳米片,制备了MIL-53@MnO₂纳米探针,利用外层Mn元素高灵敏的响应ROS变价能力和T₁-MRI（T₁-weighted image,T₁WI）影像功能,再结合更高灵敏度的多翻转角T₁-mapping技术,实现了磁共振T₁/T₁-mapping双模式影像精准检测肿瘤组织ROS水平的影像学数据分布,具有精确评估和指导临床肿瘤耐药性治疗的潜力。