磁共振成像（MRI）是临床常用的影像技术，纳米磁共振造影剂显著提升了MRI的成像对比度和分辨率。传统MRI造影剂多为小分子钆螯合物，存在弛豫率低、在体内循环时间短、靶向性差等问题，难以清晰显示微小病变。纳米磁共振造影剂（如钆基纳米颗粒、超顺磁性氧化铁纳米颗粒）具有更大的比表面积，可负载更多的弛豫试剂，弛豫率是传统造影剂的3-10倍，能显著增强病变组织与正常组织的信号对比。例如，超顺磁性氧化铁纳米颗粒作为T2加权MRI造影剂，可被肝脏的枯否细胞吞噬，使正常肝脏组织呈现低信号，而肝癌细胞不吞噬该纳米颗粒，呈现高信号，从而清晰显示直径小于1毫米的微小肝癌病灶，远优于传统造影剂。此外，通过在纳米颗粒表面修饰肿瘤特异性靶向分子（如抗体、多肽），可使造影剂精准聚集于肿瘤部位，实现肿瘤的靶向成像，进一步提升诊断的特异性。
计算机断层扫描（CT）影像的分辨率和组织识别能力，在纳米CT造影剂的助力下实现了大幅提升。传统CT造影剂多为碘造影剂，存在密度差异小、造影效果有限、部分患者存在过敏反应等问题。纳米CT造影剂（如金纳米颗粒、铋纳米颗粒）具有极高的原子序数，对X射线的衰减能力远强于碘，可显著提升影像的对比度。例如，金纳米颗粒的X射线衰减系数是碘的4倍以上，将其作为CT造影剂注入体内，可清晰显示血管的细微结构和肿瘤的血供情况，甚至能识别肿瘤的新生血管，为肿瘤的早期诊断和分期提供精准依据。此外，金纳米颗粒具有良好的生物相容性，不易引起过敏反应，适用于对碘造影剂过敏的患者。纳米CT造影剂还可用于分子影像成像，通过靶向修饰实现对特定生物分子的成像，为疾病的分子机制研究和精准诊断提供可能。
光学成像技术具有无创、实时、高分辨率的特点，纳米光学探针使其在分子成像和活体成像领域实现了突破。传统光学成像探针存在荧光稳定性差、激发波长单一、组织穿透深度有限等问题。量子点、碳量子点等纳米光学探针具有荧光量子产率高、荧光稳定性强、激发波长可调、组织穿透深度大等优势。例如，量子点光学探针的荧光寿命是传统有机荧光探针的100倍以上，不易发生光漂白，可用于长时间的活体成像观察；其激发波长可调，可通过单一波长激发实现多种量子点的同时成像，用于多靶点的同时检测。在肿瘤诊断中，将量子点探针与肿瘤特异性抗体偶联，注入体内后可靶向聚集于肿瘤部位，在激光激发下发出特定荧光，通过光学成像技术可实现肿瘤的精准定位和边界识别，为肿瘤手术的精准切除提供指导。此外，纳米光学探针还可用于细胞内的分子成像，观察细胞内蛋白质的表达和信号传导过程，为疾病的基础研究提供可视化工具。
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