癌症已成为中国人群死亡的首要原因和主要的公共健康问题。鉴于恶性肿瘤具有局部浸润性和远端转移的特性,癌症的治疗效果与发现癌症的时期密切相关。因而癌症的及早诊断和有效治疗是降低癌症死亡率的有效途径。纳米科学和技术的发展促进了纳米材料在肿瘤诊断与治疗方面的应用。树状大分子因其分子量分布均一、结构精确可控和表面拥有大量可供修饰的官能团等特点,而被广大研究者当作纳米平台应用于各类生物医学疾病。传统用于肿瘤诊断和治疗的手段均存在诸多无可避免的缺陷:1)诊断成像制剂成像时间短、成像性能差以及一定的肾脏毒性等,如磁共振造影（MR）试剂和X线计算机断层摄影（CT）试剂;2)注射入小鼠体内的大部分诊疗平台易被网状内皮系统（RES）等摄取清除,同时靶向特异性差,导致肿瘤病灶区富集量少;3)转染环境中血清的存在会显著降低非病毒载体对基因的传递效率,从而影响基因治疗效果;4)单一治疗方式对肿瘤的治疗具有一定的局限性,往往达不到理想效果等。针对以上问题,本论文以树状大分子为基体,通过表面改性等手段设计合成了一系列具有抗污性能的树状大分子纳米诊疗体系。该体系可通过降低网状内皮系统等对纳米平台的非特异性吸附而增加其在病灶区的聚集,达到在肿瘤部位的高渗透和高保留效果。具体研究内容如下:通过将成像分子与具有独特空间结构的第四代聚丙烯亚胺树状大分子（PPI）结合,再联合致密麦芽糖壳层（MAL DS）修饰,构建得到了具有良好生物相容性和高r₁弛豫率的MR造影剂PPI-MAL DS-DOTA（Gd）。其r₁弛豫率可达10.2 mM^-1s^-1,是临床上使用的MR成像制剂DOTA（Gd）(3.4 mM^-1s^-1)弛豫率的3.0倍。尾静脉注射至小鼠体内后,可实现小鼠主动脉、肾动脉、肾脏和膀胱等器官的MR成像,充分展现出了其进一步功能化后用于其他生物系统MR成像的可能。利用两性离子羧酸甜菜碱丙烯酰胺（CBAA）可赋予纳米平台水化层的特性,以CBAA修饰的第五代（G5）聚酰胺胺树状大分子（PAMAM）为平台,构建得到了具有良好抗污性能的高效CT造影剂{（Au⁰）₁₀₀-G5.NHAc-CBAA}。研究表明不同CBAA修饰程度或者聚乙二醇修饰的纳米平台均具有类似的Au核平均直径（2.1 nm-3.3 nm）、表面电势、胶体稳定性和细胞相容性。但是,两性离子修饰程度越高,纳米平台抗蛋白质吸附性能越好、巨噬细胞摄取量越少和血液循环半衰期更长。{（Au⁰）₁₀₀-G5.NHAc-CBAA₈₀}纳米颗粒拥有最长的体内血液循环半衰期（44.54 h）、最少的肝脏积累以及最多的肿瘤和淋巴结富集,从而其血池、肿瘤以及淋巴结CT成像性能最佳。这种具有良好抗污性能的树状大分子纳米平台将有望于更进一步开发,应用于不同类型的癌症诊断和治疗。通过利用CBAA改性的PAMAM树状大分子包裹少量金纳米颗粒,我们构建得到了一种具有血清增强型特性的非病毒基因载体。实验结果表明,G5.NH₂-CBAA树状大分子可作为模板合成直径为1.5-1.6 nm的Au纳米颗粒。由于抗污性能的赋予,在有血清和无血清的环境下,纳米颗粒均可高效传递多种基因,并且在含血清培养基中的基因传递效率显著增强。刮伤愈合与蛋白印记实验表明,在装载了肿瘤高甲基化基因1（HIC 1）的质粒DNA后,载体/基因复合物可成功传递至癌细胞中表达,并能够有效抑制癌细胞迁移。我们所开发合成的两性离子功能化的纳米颗粒是一种高效的血清增强型基因传递载体,具有应用于体内肿瘤基因治疗的潜力。通过引入靶向多肽与经酸敏感键修饰的两性离子,以及将具有二硫键修饰的肿瘤药物阿霉素（DOX）与光热转化纳米颗粒相结合,构建得到了一种具有集靶向与双响应性能于一体的树状大分子包裹的CuS纳米颗粒平台（CuS DENPs）。该纳米平台水化层具有肿瘤弱酸响应性破裂性能与肿瘤靶向特异性,从而大大提高了肿瘤对其的摄取量与在肿瘤部位的富集量。另外,化疗药物DOX在高浓度谷胱甘肽的肿瘤微环境中可被响应性释放,减少了化疗的毒副作用,联合具有近红外二区（1064 nm）光热转换特性的CuS纳米颗粒,化疗/光热治疗克服了单一治疗手段的缺陷。研究结果表明设计得到的CuS DENPs可有效地应用于肿瘤的光热/光声成像以及化疗/光热联合治疗,有望成为一种高效的肿瘤诊疗一体化平台。总而言之,我们通过对树状大分子表面进行修饰,如糖修饰、两性离子修饰、靶向肽修饰以及苯亚胺键键合等,开发出了一系列具有良好生物相容性、抗污性能、靶向性能和响应性能的纳米平台。这些纳米平台再进一步功能化后（如结合成像基团、化疗药物和包裹金属纳米颗粒等）,可高效地应用到生物系统中,达到诊断或治疗的目的。此类纳米平台的修饰方法以及诊疗一体化理念对今后各类纳米平台的设计均具有指导意义。