近年来,基于结构可调,价态多样,磁性独特以及生物安全等优点,氧化锰基纳米材料在生物医学领域(包括生物成像、生物传感和肿瘤治疗等)具有广阔的应用前景。然而,随着纳米医学领域的不断拓宽,氧化锰基纳米材料的性能逐渐不满足应用需求,对其结构、形貌及价态等方面的调控是目前的研究热点。本文基于液相激光制备技术提供的局域高温、高压环境和快速淬冷的极端非平衡条件,实现了多种类纳米氧化锰的尺寸形貌调控、缺陷引入以及材料复合。此外,在实验结果和理论分析的基础上,本文对液相介质中激光制备纳米氧化锰的机制提出了合理假设。同时,深入探究了氧化锰基纳米材料的结构与性能间的内在联系,为氧化锰基纳米材料在生物医学领域的应用拓展奠定基础。主要研究内容和取得的成果如下:1、通过液相激光辐照法在氨水中合成了富氧空位的超薄MnOx纳米带(nanobelts,NBs),并探究其类氧化酶(oxidase,OXD)活性。依据稳态反应动力学测试结果,MnOxNBs的米氏常数为0.0087 mM,最大反应速度为6.04 ×10-7 M/s,表明MnOxNBs具有对显色底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)超高的亲和力和极快的反应速度,明显优于Mn3O4 NPs及大部分已报道的类OXD。同时,结合实验结果对MnOx NBs的合成机制提出了假设:即Mn3O4 NPsCanagliflozin体外在激光辐照下破碎为MnOx纳米碎片,接着,在NH4+、碱性液相环境和激光的协同作用下纳米碎片重新取向生长,最终生成MnOx NBs。结合密度泛函理论计算结果,MnOx NBs的高活性源于三个方面:超薄层状结构、独特的负电荷层和激光诱导的富氧空位。三者赋予了 MnOx NBs高度暴露的活性位点、与正电底物TMB的高亲和力和低O2吸附能。最后,基于谷胱甘肽对类OXD的抑制作用,开发了一种低成本、快速检测和高灵敏度的谷胱甘肽检测方法。该工作凸显了液相激光制备技术在高活性纳米酶合成领域的优势。2、通过液相激光辐照技术在纯水中获得了多晶界缺陷的Mn3O4纳米颗粒(nanoparticles,NPs)。接着,基于PtCl42-离子与多晶界Mn3O4 NPs之间的电置换反应和后续还原过程,成功地制备了Mn3O4/Pt纳米复合物PLX3397细胞培养作为纳米酶,命名为Pt胶体集合体(colloidosomes,Cs)。实验和理论计算结果证明了晶界的存在不仅可以增强Mn3O4 NPs表面对PtCl42-离子的吸附,提高电置换反应速率,而且可以促进Mn3O4 NPs表面作为电置换反应位点的Mn2+离子均匀分布,导致Mn3O4 NPs表面高密度沉积超小尺寸Pt NPs,有效拓宽了 Pt Cs的光吸收波段。在此基础上,我们首先通过测试近Cardiac histopathology红外光对Pt Cs的类酶催化活性和稳态反应动力学的影响,证明了近红外光有助于提升Pt Cs的类过氧化氢酶活性、类OXD活性以及自级联催化活性。其次,不同实验条件下,多个实验组的类酶活性对比验证了近红外光对Pt Cs的活性提升不仅源于光热效应导致的Pt Cs温度升高。接着,结合光电流测试、密度泛函理论计算和时域有限差分法模拟的结果,我们证明了近红外光可以有效激发Pt Cs产生热电子,进而促进Pt Cs的类酶活性提升。最后,体内、体外实验进一步验证了在磁共振(magnetic resonance,MR)成像和光热成像引导下,Pt Cs具有优越的抗肿瘤能力和生物相容性。该工作通过实验验证了热电子在类酶催化反应中的贡献,为未来设计光增强型纳米酶提供了新思路。3、基于液相激光熔蚀技术、液相激光辐照技术和电置换反应,制备了Mn3O4/PtOx纳米复合物(nanocomposites,NCs)用于T1序列MR造影。依据体内、体外MR成像结果,Mn3O4/PtOx NCs的纵向弛豫率可达20.48 mM-1 s-1,约为商用Gd-DTPA的4倍。同时,静脉注射Mn3O4/PtOxNCs后,小鼠肿瘤部位的MR信噪比明显高于注射Gd-DTPA后的小鼠,并具有更长的MR成像时间,这验证了Mn3O4/PtOxNCs优异的MR造影性能。结合实验结果和理论模型,Mn3O4/PtOx NCs的高MR造影性能源于两点:第一,多孔纳米结构促进材料比表面积的增加,从而提高了与水质子配位的Mn2+的数目;第二,PtOx纳米团簇的负载有效延长了材料的旋转相关时间。这二者共同促进了 Mn3O4/PtOx NCs的造影性能。此外,Mn3O4/PtOxNCs还可以作为计算机断层扫描(CT)造影剂以实现双模态造影。该工作通过实验验证了贵金属负载对于提升MR造影剂性能的可能性,为高性能MR造影剂的开发提供了新思路。4、基于液相激光破碎技术,在甲醇中制备出富氧空位的MnO纳米点(nanodots,NDs)。并通过细胞毒性实验证明了 MnO NDs良好的细胞安全性,尿液代谢和器官滞留实验结果验证了 MnO NDs可通过肾清除,而组织切片和血液生化分析进一步验证了 MnO NDs良好的生物相容性。基于已报道的反铁磁性材料用于超高场MR造影的理论优势,以及在MR成像中氧空位对水分子吸附的有利影响,我们对MnO NDs用于体内超高场(14.1 T)MR成像的可行性进行了验证。结果表明,MnO NDs可以明显提高小鼠体内MR成像信噪比。该工作中MnO NDs作为超高场MR造影剂的可能性还在进一步探究中。