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本论文主要研究了稀土掺杂NaScF4纳米荧光探针的晶体结构、光学性能及其在生物标记方面的应用，研究内容如下: (1)采用水热合成方法，我们成功地合成出平均直径在130-180μmNaScF4以及NaScF4∶Eu3+微晶。采用热分解方法，合成出Tm3+/Yb3+、Er3+/Yb3+、Ce3+/Tb3+和Eu3+等不同稀土离子单掺或共掺的单分散NaScF4纳米颗粒。通过改变溶剂中油酸和十八稀的配比，合成出不同尺寸的NaScF4∶0.02Er3+/0.18Yb3+纳米颗粒。通过对NaScF4微晶的晶体结构解析，确定NaScF4晶体属于P31空间群。Sc3+离子在晶体中存在6种格位并且属于C1晶体学位置对称。 (2)借助10 K下的位置选择荧光光谱，系统研究了NaScF4∶Eu3+的电子结构和发光性能，证实了在NaScF4微晶中存在至少两种Eu3+离子发光中心，并且从实验上指认了不同格位的Eu3+离子的部分能级。同时通过比较NaScF4∶Eu3+微晶和纳米晶在392.2 nm和394.2 nm激发下得到的发射谱，证明NaScF4纳米晶中Eu3+离子占据了与微晶中Eu3+离子同样的格位。 (3)通过掺杂不同的稀土离子利用NaScF4∶Ln3+纳米晶实现从红外到可见波段很强的上转换或下转换发光，例如，利用Yb3+离子敏化Er3+或Tm3+离子的上转换红色或蓝色发光，利用Ce3+离子敏化Tb3+离子实现明亮的下转换绿色发光以及单掺Eu3+离子的下转换红色发光。发现尺寸效应对稀土掺杂NaScF4纳米晶发光强度、荧光寿命和绝对量子产率有显著影响;尤其是上转换绝对量子产率，当尺寸从18nm变化至40和110nm时，其值相应地由0.02％增大至0.09％和0.61％。 (4)通过配体交换法合成出表面具有氨基官能团的水溶性NaScF4∶Ln3+纳米颗粒。在亲和素-生物素(avidin-biotin)模型体系中，利用NaScF4∶Er3+/Yb3+纳米颗粒作为上转换荧光探针，实现了对亲和素蛋白的上转换异相检测，检测极限达180pM。此外，利用连接尿激酶氨基末端片段(ATF)的NaScF4∶Ln3+纳米颗粒进行肿瘤细胞靶向成像。