稀土纳米材料具有优异的光、化学稳定性,窄的发射峰和长的荧光寿命等优点,其在生物领域的应用逐渐成为研究的热点,在生物成像、生物检测、药物代谢、疾病治疗等方面,尤其在肿瘤的诊疗一体化的应用上,更是具有广阔的应用前景。然而,由于稀土离子固有的窄吸收截面,大大降低了激发光源的利用率。为达到理想的光学成像或者治疗效果,通常采用增加稀土纳米材料剂量、增强激发光源功率密度或者延长曝光时间等策略,这无疑使得纳米材料的生物安全性和稳定性面临巨大挑战。因此,调控稀土纳米材料的本身性质(如荧光性质)成为亟待解决的难题。荧光共振能量转移(FRET)和直接电子转移(DET)都是激发态能量通过无辐射跃迁方式由供体转移至受体,从而激发受体产生荧光的过程。因此,利用具有宽吸收截面的近红外染料,敏化激发稀土纳米材料,对于克服稀土离子的窄吸收,增强荧光并使之应用于生物医学相关领域具有深远的意义。本文首先探索了发光中心为Nd3+、Tm3+的稀土纳米材料的可控合成,然后利用近红外有机染料(IR-808),通过染料与稀土纳米材料之间的无辐射能量转移来敏化增强其上、下转换发光,最终实现脑胶质瘤的近红外二区荧光诊断和气体治疗肿瘤的目标。本文内容主要分为三章:第一章:本章简要综述了稀土纳米材料的发展进程,着重阐明选题依据和研究的意义。第二章:本章合成了核壳结构的NaNdF4@NaLuF4纳米材料,该核壳结构纳米材料在808 nm激光照射下,相较于无惰性层包覆的NaNdF4纳米材料,其1340 nm处的近红外二区荧光增强了 2.5倍。在此基础上,进一步修饰近红外有机染料IR-808,通过FRET使得1340 nm的荧光强度最终提高了 10倍,从而使以往被忽略的1340 nm荧光得以充分利用。随后在聚焦超声与微泡联合使用下打开血脑屏障,采用磷脂PEG修饰的稀土纳米探针实现原位脑胶质瘤的二区成像的目标。第三章:本章合成了具有核壳结构的NaYF4:Yb/Tm@NaYF4:Nd纳米材料,该纳米材料在808 nm光源的激发下,可以同时具有下转换发光和上转换发光的性质。为了开展生物医学应用,我们依然采用染料敏化策略(DET),来进一步提高Tm3+的348 nm和365 nm特征上转化发光,以此最大程度激发光控前药(ATD)释放更多SO2分子,从而造成氧化应激和诱导促死亡自噬发生,最终造成肿瘤细胞的凋亡。同时,染料敏化也增强了壳层Nd3+的1340 nm处的近红外二区荧光,以此实现皮下和原位脑胶质瘤的近红外二区成像,最终使得该纳米探针在脑胶质瘤的诊断与治疗上更具有发展潜力。