稀土上转换发光纳米粒子（UCNPs）是一种新型的无机发光材料,具有反斯托克斯发光（anti-stoke）性质,能够吸收两个或两个以上低能光子而发射出高能的可见或紫外光,同时还具有毒性小、化学稳定性和光稳定性高、反斯托克斯位移大、发射带窄等优点。另外,在生物医学应用领域,利用近红外光作为激发光源时,有较深的组织穿透深度、可以避免生物样品自发荧光的干扰,从而提高信噪比。这些优点使得其在检测、医学成像、药物释放以及理疗等方面越来越受到研究者的青睐。本论文,将UCNPs应用于离子检测和理疗等方面,开展了如下研究工作:1.铁离子(Fe³⁺)是人体中最丰富的过渡元素离子之一,在生物系统中具有多种功能,与许多特定癌症,代谢和器官功能障碍都密切相关,例如肝脏、心脏、和胰腺等。因此,我们设计合成了一种基于尼罗红衍生物（NRD）与聚合物改性的核-壳上转换纳米粒子的新型Fe³⁺荧光探针,在Fe³⁺的检测中此荧光探针具有高灵敏度,高选择性和专一性。首先,用两亲性聚合物(C₁₈PMH-mPEG)修饰油溶性的核-壳结构UCNPs,得到了具有良好水溶性的mPEG-UCNPs。将NRD连接到mPEG-UCNP后,即可得到对Fe³⁺响应的上转换发光纳米结构mPEG-UCNPs-NRD。在纳米结构中,核-壳结构的UCNPs作为能量供体,而Fe³⁺响应的尼罗红衍生物作为能量受体,从而发生有效的发光共振能量转移,使得纳米结构在水中对Fe³⁺表现出高选择性和专一性,并成功应用于细胞内的Fe³⁺检测。此外,UCNPs中掺杂的Gd³⁺离子赋予mPEG-UCNPs-NRD纳米结构有效T₁信号增强能力,使其成为潜在的磁共振成像（MRI）造影剂。这一工作为构建金属离子检测与多模态生物成像相结合的生物医疗平台,提供了一种简单而有效的的策略。2.纳米材料在生物成像引导的可视化癌症化疗和理疗领域起着越来越重要的作用。然而,化疗和理疗都有各自的优缺点,如果能将这两种作用结合在一起,将大大提高其疗效。因此,在这部分内容中,我们将pH响应的SH-PEG-DOX前药嫁接到原位生长纳米金修饰的稀土上转换纳米粒子表面,设计合成了一种新型的同时具有化疗和理疗的纳米复合物。在前药分子中,我们引入了腙键,因此在细胞内酸性条件下,DOX会逐渐释放,达到化疗的作用。柠檬酸修饰的上转换纳米粒子作为还原剂和稳定剂,将HAuCl₄还原使纳米金晶体直接生长在上转换纳米粒子表面,用于光热理疗,该方法条件温和,简单易行。在808 nm激光器照射下,最终产物UCNPs@Au-DOX纳米复合物表现出明显的癌细胞毒性,实验结果说明该材料具有协同化疗和光热理疗的作用。此外,该复合物还具有上转换荧光和磁共振双模式成像功能,可以作为癌症治疗中良好的可视化追踪剂,有望得到进一步的应用。