Forster共振能量转移(FRET)技术作为一种高效的光学“分子尺”，被广泛应用于免疫分析、核酸检测、探索生物大分子间相互作用等研究领域。在传统FRET研究中，通常使用有机染料分子构成共振能量转移的供-受体对。由于有机染料分子存在吸收光谱较窄、发射光谱较宽、光漂白现象等缺陷，严重限制了FRET技术的应用范围和测量精度，因而有必要探索新的共振能量转移供-受体对。 稀土掺杂发光纳米颗粒可以作为一类新的共振能量转移供体，它们具有发射光谱窄、荧光寿命长、斯托克斯位移大、光学和化学稳定性高等优点。相对于传统有机染料，稀土掺杂发光纳米颗粒有可能应用于较远作用距离、高信噪比、高精确度的FRET研究。由于部分稀土离子的发光为磷光，以稀土发光材料作供体的这一过程被称为发光共振能量转移(LRET)。本文分别选择了具有优异发光性能的稀土掺杂纳米颗粒(YVO4:Eu，LaPO4:Ce,Tb，NaYF4:Yb,Er)作为LRET供体，同时选择金纳米颗粒或有机染料分子作为LRET受体，分别探索了供体和受体在生物素-亲合素亲和力作用模式和相反电荷库仑力作用模式下的LRET过程，并初步总结了此类供-受体材料在LRET研究中的特点和规律。 (1)稀土掺杂纳米颗粒的制备和生物功能化 本文分别在水溶液和微乳溶液中制备了具有高发光效率的YVO4:Eu、LaPO4:Ce,Tb纳米颗粒和具有优异上转换发光性质的NaYF4:Yb,Er纳米颗粒，它们不仅具有一般稀土发光材料特有的光学性质，还具有可以与生物分子形成共价连接的羧基或氨基官能团。用含磷聚丙烯酸(PCA)高分子辅助水热的合成方法得到的YVO4:Eu纳米颗粒为四方锆石结构，在不同的陈化时间下，纳米颗粒的直径约可控为10或50nm；LaPO4:Ce,Tb纳米颗粒为单斜结构，纳米颗粒的直径约为5nm。YVO4:Eu和LaPO4:Ce,Tb发光纳米颗粒在紫外光的激发下，分别发射出红色和绿色光，它们的发光量子产率分别为54％和72％，是目前报道的同类纳米尺度材料中的最高值。此外，还通过发光衰减光谱实验研究了纳米颗粒的发光动力学过程，发现它们的发光寿命均符合双指数衰减模式，体现出两种不同环境的发光中心。用乙二胺四乙酸(EDTA)辅助微乳-水热法制备得到的NaYF4:Yb,Er纳米颗粒，为六方结构，直径约为50nm，能够在980nm近红外激光激发下发出绿光。 在YVO4:Eu和LaPO4:Ce,Tb发光纳米颗粒的制备过程中，由于含磷聚丙烯酸高分子对稀土离子具有强配位作用，它修饰在所得纳米颗粒的表面，不仅保证了纳米颗粒在水溶液中良好的分散性，还提供了大量可与生物分子连接的羧基官能团。在连接剂3-乙基-1-(3-二甲氨基丙基)碳化二亚胺(EDC)与催化剂磺化琥珀酰亚胺(Sulfo-NHS)的共同作用下，利用这些羧基与生物分子的氨基通过形成酰胺键实现了纳米颗粒与生物分子的连接。其中，牛血清白蛋白(BSA)与纳米颗粒连接后，纳米颗粒依旧保持其良好的发光特性，蛋白质仍保持其构象结构；生物素连接的纳米颗粒，还可以定量地识别溶液中的亲合素。 (2)稀土掺杂纳米颗粒作供体的LRET研究 首先以YVO4:Eu和LaPO4:Ce,Tb发光纳米颗粒作供体，具有猝灭功能的金纳米颗粒作受体，供体和受体通过生物素-亲合素的亲和作用或正负电荷吸引力作用相互靠近，继而发生有效的LRET过程。其中，生物素修饰的LaPO4:Ce,Tb纳米颗粒供体与亲合素修饰的金纳米颗粒受体之间的总能量转移效率约为37％，通过提高受体金纳米颗粒的尺寸，进而增大供体发射和受体吸收的光谱重叠积分面积，供体和受体之间LRET的效率可以升高到46％。对LaPO4:Ce,Tb纳米颗粒发生LRET前后发光寿命的变化进行分析表明，纳米颗粒中不同的发光中心对LRET过程的贡献不同，其中，位于纳米颗粒表面的发光中心，是发生有效LRET的主体。 本文还通过CTAB胶束为模板，以晶种诱导生长法制备了具有不同形貌和吸收位置、带正电荷的金纳米颗粒。选用吸收位置与YVO4:Eu和LaPO4:Ce,Tb发射最匹配的金纳米颗粒作为相应的受体，利用供-受体间正负电荷间的库仑力控制供-受体距离，能量转移效率可分别达到95％和89％。同时在稀溶液中，通过研究能量转移的效率与供-受体比例之间的关系，还推测了供-受体间相互作用的动力学过程。 此外，本文还研究了稀土掺杂纳米颗粒与染料的能量转移行为。通过NaYF4:Yb,Er表面的氨基和染料四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)硫氰根的反应将供体和受体拉近。在近红外光或蓝光的激发下，该体系都发生明显的能量转移现象，即稀土的发射显著降低，染料的特征发射出现。在荧光显微镜观察下得到了更直观的证据，即单纯的NaYF4:Yb,Er表现为绿色发光，与染料复合后因发生能量转移表现为稀土和染料混合的黄色光。同时用荧光寿命的分析进一步证实了稀土掺杂纳米颗粒与染料的能量转移行为。这些研究结果表明稀土掺杂纳米颗粒可以与适当的染料供-受体配对、用于LRET的应用。