稀土掺杂上转换荧光纳米微粒（Upconversion Nanoparticles,UCNPs）由于其具有独特的发光特性而在太阳能光电转换、光信息学、生物医学及光电子学等领域获得广泛的应用。特别是在生物医学领域,通过对UCNPs进行表面功能化修饰后,在生物医学成像、生物标记物检测、药物输运、疾病诊疗等方面已获得深入的研究,并取得一些突出的成果。但是在UCNPs的设计、构建及生物医学应用研究中也存在着上转换荧光量子产率低、激发波长固定及生物安全性等问题亟待解决。本论文主要研究Er³⁺掺杂的稀土氟化物多功能纳米荧光探针的设计、构建及其在肿瘤精准诊疗中的应用,并探索上述问题的可能解决方法。主要研究内容概述如下:（1）选择LiLuF₄:Yb,Er作为发光内核,构建粒径小于25 nm的超小上转换荧光多功能纳米探针MNPs（MC540）/DSPE-PEG-NPY,其具有靶向上转换荧光、MR、CT成像及光动力学治疗的功能,且NPY靶分子使纳米微粒在肿瘤部位的富集量增加2倍。实验结果表明在纳米探针合成过程中,利用高温热分解法外延生长多层LiGdF₄薄壳层使发光内核上转换荧光强度提高5.4倍,纵向和横向弛豫率分别为r₁=10.24 mM^-1s^-1、r₂=16.44 mM^-1s^-1,CT成像效果评价参数值为20.97HU·mg^-1·mL。超小结构的纳米微粒和生物相容性良好的DSPE-PEG的包覆均有效降低纳米探针的活体急性毒性,注射剂量在200 mg/kg以下时,纳米微粒无明显毒性;纳米探针能够实现优良的靶向三模态成像功能和PDT效果。（2）基于Er³⁺的多能级吸收特征,在12种稀土氟化物基质中单掺杂Er³⁺获得具有多波长激发、上/下转换荧光共存的SED纳米荧光微粒（Single Eribum Doped Nanoparticles,SED）。对样品进行TEM、XRD、可见-近红外吸收光谱、上/下转换荧光光谱等进行表征;利用Judd-Ofelt理论计算各稀土氟化物中掺杂Er³⁺的部分能级光谱参数,获得振子强度参数Ω_t（t=2,4,6）、自发辐射跃迁几率A_rad、荧光分支比β和自发辐射跃迁寿命τ_SR;分析样品粒径、晶相等性质对发光强度的影响规律。这一工作为探索多波长激发的高效上/下转换发光的纳米荧光微粒奠定基础。（3）选择NaLuF₄基质进行Er³⁺和Gd³⁺共掺杂构建SED纳米荧光微粒,Gd³⁺掺杂用于调控纳米荧光微粒的粒径,掺杂浓度从0.0%-20.0%时,纳米荧光微粒的粒径从213 nm减小到43 nm。纳米荧光微粒的纵向和横向弛豫率分别为r₁=2.79 mM^-1s^-1、r₂=3.34 mM^-1s^-1,CT成像效果评价参数值为16.52 HU·mg^-1·mL。利用外延生长多层NaLuF₄钝化薄壳层使发光内核的荧光强度增强7.3倍;进一步利用DSPE-PEG进行表面修饰,再用于活体在808、980和1500 nm激光激发下的上/下转换荧光成像,并评估利用不同激发光及荧光波段进行成像的效果;评估SED纳米荧光微粒的活体急性毒性,毒理学实验结果表明注射剂量在100mg/kg以下时,SED纳米微粒无明显毒性。这一工作构建的SED纳米荧光微粒实现在多波长激发下可见及近红外I、II区的活体荧光成像,并且生物安全性良好,对生物医学荧光成像的发展具有重要的意义。综上所述,本论文研究工作基于稀土上转换荧光纳米微粒构建的多功能纳米荧光探针为肿瘤精准诊疗提供了新方法和技术。在设计和构建多功能纳米荧光探针的研究中,通过减小纳米探针的粒径及包覆DSPE-PEG的方法提升其生物安全性;通过Er³⁺单掺杂及外延生长多层壳层结构的方法,实现了SED纳米荧光微粒在多波长激发下的较强的上/下转换发光,并应用于细胞及活体荧光成像。本论文研究成果对促进UCNPs在生物医学领域的应用具有一定的积极意义。