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近年来,稀土上转换发光材料引起了研究者们的广泛关注,被认为是新一代能够应用于生物研究的荧光探针。在980 nm连续波长的近红外激光激发下,镧系元素(Ln3+)掺杂的上转换纳米颗粒(UPNPs)表现出特殊的上转换发光(UCL)过程,可以避免传统荧光材料的诸多缺点,且在生物应用中能够有效降低生物组织的自发荧光。作为一类非常有应用前景的荧光探针,UCNPs已经被广泛应用于生物检测、细胞追踪、生物成像等诸多领域。另在生物应用中,UCL效率至关重要,因为高的UCL效率可以提高信噪比。本论文具体研究内容如下:(1)蝴蝶结状YF3:Yb/Er纳米晶的制备及Zn2+/Mg2+离子掺杂对其荧光性质的影响研究。采用一锅水热法制备水溶性良好的YF3:Yb/Er NPs,该样品呈特殊蝴蝶结状形貌。详细探究合成条件对样品形貌的影响发现,温度对样品形貌基本无影响,D-serine和氟源对样品形貌有较大影响,且只有NH4BF4(或NaBF4)和D-serine同时加入时才能得到特殊蝴蝶结状形貌。另外,基于D-serine对YF3:Yb/Er NPs形貌的影响,进一步探究不同性质的氨基酸对样品形貌和荧光性质的影响。在D-serine作为表面包裹剂的体系中,所得YF3:Yb/Er NPs的荧光强度较弱,故尝试通过Zn2+或Mg2+离子掺杂来增强,研究表明50 mol%Zn2+或30 mol%Mg2+离子掺杂时可得到最大的荧光强度。(2)Ca2+/Sr2+/Ba2+离子掺杂对YF3:Yb/Er纳米晶物理和荧光性质的影响研究。在D-serine作为表面活性剂的YF3:Yb/Er NPs体系中,通过掺杂不同浓度的碱土金属离子(M2+),探究其对纳米材料尺寸、形貌和荧光性质的影响,并对其演变机理进行分析。其中,随着Ca2+、Sr2+或 Ba2+离子掺杂浓度的增加,YF3:Yb/Er NPs的结构和形貌均发生不同程度的变化;同时,通过分析其上转换发射光谱发现,30 mol%Ca2+(30 mol%Sr2+和 20 mol%Ba2+)掺杂 YF3:Yb/Er NPs 具有最大强度的可见绿色(544 nm)和红色(658 nm)发射。(3)新型β-NaGdF4:Yb,Tm@mSiO2 NIR纳米荧光探针的制备及其在癌细胞检测中的应用研究。采用高温热分解法制备约20 nm的油溶性β-NaGdF4 NPs,利用十六烷基三甲基溴化铵改性后采用溶胶-凝胶法合成β-NaGdF4@mSiO2 NPs。通过物理吸附法将Cy-S-Ph-NH2成功负载到β-NaGdF4@mSiO2 NPs中。Cy-S-Ph-NH2位于800 nm强烈的紫外吸收峰与β-NaGdF4@mSiO2 NPs位于808 nm处的近红外发射峰巧妙重叠,发生能量共振转移,从而导致荧光猝灭。Cy-S-Ph-NH2具有光感应特性,在808 nm激光器的照射下会释放出有毒性的单线态氧,因此上转换荧光信号得到恢复。由此可知,若将所构建的Cy-S-Ph-NH2-β-NaGdF4@mSiO2复合物输送到癌细胞中,便可以同时实现癌细胞检测和治疗,这类材料为各种生物检测和疾病治疗提供了一种新平台。此外,利用这种方法还可以构建其他的多功能纳米载体,实现生物成像和药物传输等应用。