染料掺杂二氧化硅纳米粒子具有较高的光稳定性,不易发生光降解或者光漂白现象,并且二氧化硅作为介质生物相容性好,表面易于功能化。因此,染料掺杂二氧化硅纳米粒子在生物技术领域具有广阔的应用前景。然而,目前染料掺杂二氧化硅纳米粒子的可控制备与性质调控仍存在诸多问题,无法满足高灵敏度、高通量的临床检测需求。例如许多染料分子在二氧化硅介质中的掺杂效率低,粒子无法消除外界环境对内部染料分子光学性质的不利影响,这在一定程度上影响了检测的灵敏度。在另一方面,基于不同染料荧光性质偶合的多色染料掺杂二氧化硅纳米粒子,目前主要方法是通过改变激发光的波长或利用荧光共振能量转移(FRET)来获得不同颜色的粒子,但激发波长的变换或给受体光谱性质和空间距离的严格限制在一定程度上制约了其在临床应用方面的推广本论文从染料分子在二氧化硅介质中的掺杂效率低这一基本问题入手,以共价型FITC染料为模型体系,通过二氧化硅水解过程电导率和掺杂过程光谱性质的监测,建立了种子偶联和预水解包覆结合的掺杂新方法。该方法利用种子法在二氧化硅粒子的表面偶联FITC,克服了由TEOS与APS水解速率差异导致的偶联效率低的问题,同时利用预水解体系对粒子进行快速包覆,减少了二氧化硅包覆过程中FITC脱落的问题,二者的结合有效地提高了氨基活性类染料的掺杂效率。进一步以正电型钌配合物染料为模型体系,通过染料发光性质与二氧化硅介质结构关系研究,建立以Dense-liquid为基础的多孔结构控制方法,有效减少了溶剂分子对二氧化硅内部染料分子的影响,提高了钌配合物掺杂二氧化硅纳米粒子的发光效率和稳定性。在以上工作的基础上,我们依据色度学原理,利用两种代表性染料构建了单波长激发并不依赖于荧光共振能量转移(FRET)的多色染料掺杂二氧化硅纳米粒子。该材料制备过程无需精确控制两种染料分子在硅球中的位置以及两种染料间的距离,具有很好的重复性,为高灵敏度、高通量的临床检测奠定了材料基础。我们利用多色染料掺杂二氧化硅纳米粒子的光谱特征,构建了细胞内可视化pH探针,成功实现了SMMC-7721肝肿瘤细胞内的pH微环境的检测。