随着生物医学材料的迅猛发展,新型多功能纳米/微米级材料由于其具有优异的多功能性质,如磁性、高吸附性能和光学性能等,展现出非常高的市场需求。在设计新材料的同时,我们需要考虑到其生物相容性、可长时间保存、低成本和高产量等因素。近来,钙基生物材料作为传统的矿化材料,特别是碳酸钙和羟基磷灰石已经成为许多研究领域的热点。无定形碳酸钙（即非晶相CaCO3,ACC）由于其具有低成本、高水溶性、良好的生物相容性和高水含量等优点而受到广泛的关注。ACC作为一种中间体是非常不稳定的,在空气中或在水环境中容易脱水而转化为结晶相CaCO3。因此,在合成的过程中需要加入添加剂来制备稳定的ACC纳米颗粒。ACC在生物医学领域中具有重要的应用,然而迄今为止,仍然没有ACC成功应用于医学磁共振（MRI）造影的实例,也未见其表现出有效的磁共振增强效应和在水溶液中长时间稳定性的研究报道。在本论文中,我们首先总结了稳定ACC的不同方法,以及钙基材料的诸多应用,然后概述了 MRI造影剂领域的研究。基于此,我们在纳米和微米尺度上成功地设计了多种合成多功能碳酸钙的新方法,并进一步应用于生物医学领域。取得的主要研究结果如下:1.在自然界广泛存在的ACC在生物源碳酸钙的早期形成阶段中起到了关键的作用。ACC作为亚稳相碳酸钙,在水溶液中非常不稳定,由于易于脱水、离子结合而迅速转变为结晶相。目前,已经有大量的研究成果表明ACC可以被不同类型的添加物来稳定,进而制取ACC,比如镁离子、磷酸根离子、生物分子、人工合成聚合物等。本研究中,我们发现ACC可以被磁性的稀土元素钆来稳定,从而获得磁性元素掺杂的ACC纳米颗粒。基于对上述所提及的Gd稳定ACC纳米材料的优化改进,我们发明了一种利用钆离子和聚丙烯酸（PAA）共稳定的ACC新型纳米复合物（即Gd-PAA-ACC）,且制备方法简便,在室温下只用一步混合法就可以大量获得。该方法巧妙地利用了 PAA的羧酸根基团与Gd3+和Ca2+离子络合而形成的结构水分子,作为一种有效的MRI造影剂,在3.0 T场强下,其弛豫率达到20.11 mM-1·s-1,比商用Gd-DTPA造影剂要高数倍。同时,PAA作为一种长链分子来鳌合Gd3+离子会导致Gd3+离子的转动运动下降,进而提高材料的MRI弛豫率。该材料具有高造影分辨率、低Gd剂量、无Gd泄漏和很好的生物相容性等诸多优点,故Gd-PAA-ACC纳米复合材料可以作为一种造影性能良好的T1-造影剂。2.发展了一种利用磁性分子Gd-DTPA的掺杂来制备碳酸钙纳米复合材料的方法。该材料不仅具有磁性材料的特性,还兼具有矿化材料的性质。我们对该材料的物相、组成、元素分布、磁性、稳定性以及Gd-D IPA从材料中的泄漏做了深入的研究。该多功能碳酸钙纳米复合材料不仅具有诸多矿化材料的优点,而且可以提高Gd-DTPA的生物相容性,故这种功能性碳酸钙纳米复合材料在诸多领域具有潜在的应用价值。3.碳酸钙微球（CCMs）作为一种多孔的载体被广泛用于从科研界到工业界的诸多领域,然而这种多孔碳酸钙通常表现为不稳定的球霰石相,在水中数小时后即会转化成致密的菱形方解石相。在此,我们报道了一种通过碳酸钙微球（CCMs）来转化成形貌和物相可调控的磷酸钙微球（CPMs）的方法,该方法无任何添加剂、模板或者表面活性剂,因此可以避免给终产物带来潜在的污染。值得注意的是,与CCMs相比,其具有更高的比表面积,故具有更好的吸附性能。羧甲基壳聚糖（CMC）和盐酸阿霉素（DOX）这两种有着非常优异性能的生物医用分子分别用作大分子和小分子的模板来检测我们所合成CPMs的载附能力,这种多孔CPMs表现出了对CMC达到40%的载附率。