稀土离子掺杂上转换发光纳米材料由于具有高的荧光信噪比，深的组织穿透性和独特温度转码功能等特点，成为温度探测及生物荧光成像等领域的研究热点。然而，由于上转换发光纳米材料较低的发光效率以及在复杂环境中的低稳定性等问题，影响了其探测温度的准确性，因此提高上转换发光纳米温度探针的精确性与灵敏度等问题亟待解决。ZnO具有良好化学稳定性和热稳定性，可以提高探测温度的准确性。本论文采用ZnO作为基质材料，进行稀土离子掺杂，获得较好的上转发光性能，并通过金属Ga3+离子掺杂及表面SiO2壳层修饰增强上转换发光强度和温度敏感性能。将其应用在生物成像领域，实现了准确的荧光定位。此外，上转换发光纳米材料的生物毒性尚不明确，本文对Yb/Tm/GZO@SiO2上转换发光纳米材料的生物毒性进行了深入探究。
　　通过液相法（水热法）合成了六方相“铅笔头状”纳米棒结构的Yb/Tm/ZnO上转换发光纳米材料，利用ZnO能级缺陷跃迁的基质敏化以及Tm3+离子发光能级跃迁的稀土离子敏化，实现双稀土离子掺杂ZnO的上转换多色光输出。
　　利用金属离子Ga3+掺杂，改变Yb/Tm/ZnO纳米颗粒尺寸及微观形貌，降低ZnO晶格的对称性，使发光中心Tm3+离子可以占据多个位点，为传递能量提供中间态介质，增强Yb/Tm/ZnO纳米材料的上转换荧光强度。并采用DFT理论计算，分析Ga3+离子掺杂引起纳米材料尺寸变化原因。通过St?ber方法制备核壳结构Yb/Tm/GZO@SiO2上转换发光纳米材料，在提高生物相容性的同时修复核粒子表面缺陷，为核粒子表面休眠的稀土离子引入协作配位场，进一步优化上转换发光效率。
　　利用Tm3+离子温度耦合能级及非温度耦合能级，将温度转码为光学信号，确定温度相对敏感系数。通过金属Ga3+离子的掺杂及SiO2壳层的包覆，在不同温度范围（293K～693K）内，Yb/Tm/ZnO的温度耦合能级相对敏感度Sr从2.1%K-1提高到6.9%K-1。Yb/Tm/GZO@SiO2核壳材料的非温度耦合能级对应的相对温度敏感系数高达44.37%K-1，获得了较高的温度敏感性能，实现温度的准确探测。
　　研究Yb/Tm/GZO@SiO2上转换发光纳米材料的生物毒性。通过细胞增殖与凋亡实验，发现Yb/Tm/GZO@SiO2纳米材料具有较低的体外毒性。选择成年Kuming小鼠，尾静脉不同浓度材料，通过血液生物化学指标，组织病理学切片，各脏器重量变化以及肝脏的氧化应激反应的测定，表明Yb/Tm/GZO@SiO2上转换发光纳米材料对肝脏、肾脏、心脏、肺均无明显体内生物毒性。
　　初步探究Yb/Tm/GZO@SiO2上转换发光纳米材料生物应用潜能。进行X射线（X-ray）小鼠成像实验，在小鼠右侧观察到X-ray生物成像，确定Yb/Tm/GZO@SiO2上转换发光纳米材料具有较深的组织穿透性。另外，包壳后的上转换发光纳米材料呈现较好的心脏组织共聚焦荧光成像，实现了纳米温度探针的可视化及准确的荧光定位。