随着生命科学技术水平及现代生物医学的不断进步,人们对发展如何快速准确诊断出疾病的方法提出了更高的要求。荧光成像技术,由于其高灵敏性、高时空分辨率及操作简易等优点,在检测生物体内的无机物小分子、蛋白质等大分子以及生物体内实时成像等方面得到了广泛的应用。而使用荧光成像技术关键的一步是荧光材料的合成与开发。相对于以紫外可见光作为激发光源的荧光材料来说,稀土上转换纳米颗粒和有机双光子荧光材料可以通过吸收两个或者多个光子将低能量的激发光转化为高能量的发射光。这些与传统荧光材料发光机理相反的上转换荧光材料也因此具有以下优势:近红外光作为激发光源,1)提高了其在生物组织的穿透能力;2)减少了光源对生物样品的损伤;3)由于生物体内物质对光的吸收主要集中在紫外可见光区,因此受自体荧光的干扰较小。这些优点的存在使得上转换荧光材料广泛地应用在生物体内分子的检测及活体成像中。目前,将上转换纳米颗粒及双光子材料应用于生物体成像中,存在的问题有水分散性及生物相容性差和不易设计识别位点等。针对于上述问题,本论文将上转换纳米颗粒和双光子荧光材料与水分散性较好的材料如二氧化硅纳米材料、银纳米颗粒、DNA链等结合在一起构建了复合型的纳米探针应用与生物体内小分子的检测中,具体开展的内容如下:1.基于核壳型结构的上转换纳米颗粒检测一氧化氮一氧化氮(NO)是一种气体信使分子,其在心脑血管调节、神经、免疫调节等方面有着十分重要的生物学作用。过多一氧化氮的产生会直接导致细胞毒性,因此对一氧化氮的生物检测具有重要的意义。本章中,利用上转换纳米颗粒作为激发光源,罗丹明衍生物作为一氧化氮识别单元,采用二氧化硅包覆合成技术,构建了一种核壳型结构的上转换荧光纳米探针,并通过NO对上转换纳米颗粒与染料分子之间FRET过程的调节实现了一氧化氮的生物检测及成像。二氧化硅壳结构使纳米探针具有良好的生物相容性,比率型输出信号降低了背景干扰,在0-1.2mM的一氧化氮PB缓冲溶液中呈现良好的线性关系。此外,使用该纳米探针实现了对细胞内一氧化氮的成像。2.基于银纳米颗粒和标记双光子染料的DNA复合型纳米探针用于细胞内硫醇的检测本章构建了基于银纳米颗粒/DNA-TP dye复合型双光子纳米探针用于细胞内生物硫醇的检测成像。以DNA链为模板合成的银纳米颗粒不仅是一种高效地猝灭剂,而且为DNA链进入细胞提供了载体。当体系中存在生物硫醇时,生物硫醇的巯基部分与银纳米颗粒之间更强的作用力使DNA-TP dye从银纳米颗粒表面脱落下来,从而使荧光得到恢复,实现了硫醇的检测。通过单双激发光条件下的对比,证明了AgNPs/DNA-TP dye复合体系可以实现复杂环境中硫醇的高选择性、高灵敏性定量检测。同时,我们成功地将AgNPs/DNA-TP dye复合体系运输进细胞内实现了细胞内硫醇的成像研究。