荧光成像是普遍用于生物医学基础研究中进行显微观察的一种技术,并且目前荧光学成像的研究对象已由通常的细胞和组织拓展到活体动物层次。荧光成像技术的进一步发展有赖于高灵敏光学成像系统和优异荧光探针的开发。本论文针对这些目标开展具有长寿命的磷光铱(Ⅲ)配合物及上转换发光稀土纳米探针的生物成像研究,并对其生物活性进行评估,主要包括三个部分。1.基于化学反应的非发射型环金属化铱配合物探针的细胞摄取及细胞内分布我们设计开发了一系列非发射型环金属化铱配合物,作为一种基于化学反应的磷光turn-on型探针用于活细胞成像。首先,我们合成一个[Ir(ppy)2(DMSO)2]+PF6-(LIr1)结构配合物,该探针不需连接跨膜分子基团,能快速进入活细胞并特异性的“点亮”细胞核区,具有很高的核区／胞浆的信噪比(Ⅰ核/Ⅰ浆>200)和低的细胞毒性。与早前报道的核酸靶向的核染色试剂相比,配合物LIrl染核是基于一种化学反应模式,即其能与细胞内的组氨酸或富含组氨酸残基的蛋白发生反应,引起发光增强。实验结果表明,LIr1进细胞的机理是通过能量依赖的细胞摄取并借助特定载体蛋白来实现其细胞核区的蓄积,ICP检测也证实了配合物在细胞核区的蓄积。进一步,我们通过对配合物结构部分的变动(1.抗衡离子；2.溶剂配体；3.C△N配体。)揭示了不同结构配体与细胞摄取及细胞内分布的相关性。这种独特的基于化学反应的细胞区域性染色探针为细胞光学探针的设计提供了新的思路。2.非发射型环金属化铱配合物抗癌活性研究在前期细胞探针的生物学评价研究中我们发现,某些金属铱配合物呈现出很好的体外抗癌活性,我们从中筛选出配合物[Ir(4-Fppy)2(CH3CN)2]+OTf-(1)和[Ir(2,4-dFppy)2(CH3CN)2]+OTf-(2),对其体外、体内抗肿瘤活性进行了系统的研究。配合物1和2都显示出较好的体外抗肿瘤活性。肿瘤细胞侵袭性及抗癌机理研究表明,铱配合物能够有效抑制肿瘤的侵袭,其杀伤肿瘤细胞的机理是通过激活caspase-3途径诱导细胞发生凋亡。动物实验表明,配合物2能够很好的抑制体内肿瘤的生长,效果与等剂量下顺铂相当,生存率实验表明,配合物药物组显著延长了荷瘤小鼠的存活时间。病理切片及血清学检测表明,铱配合物未造成动物肝脏、肾脏的可检测损伤,是一类非常有潜力的抗肿瘤药物候选者。3.Sm-153标记的上转换发光稀土纳米粒子用于肝肿瘤对比显影及发光引导下的可视化切除我们利用153Sm3+与稀土纳米表面F-成盐反应,在水溶液中快速高效地制备得到可用于单光子发射断层扫描(SPECT)和上转换发光成像的放射性核素153Sm标记的稀土纳米晶(153Sm-UCNPs)。基于生物体单核巨噬细胞系统对纳米粒子的吞噬作用,利用SPECT/CT高的活体成像灵敏度,实现了在体移植性肝肿瘤的对比显影；利用稀土纳米材料独特的上转换发光性质实现术中肝肿瘤的可视化识别,并且肿瘤切除边缘与正常组织清晰可辨,这种核素标记的上转换发光稀土纳米双模显影剂可实现细胞、组织、活体多尺度成像,有望发展成为临床术中导航用探针。