稀土上转换纳米材料(UCNPs)是近年来在有机染料和量子点基础上发展起来的一种新型光学材料。由于其具有能将高能量的近红外光转换成低能量的紫外、可见甚至近红外光的独特光学性能,此类材料被广泛用于生物传感、生物体内成像、药物传递、光动力学治疗以及光活化等领域；并且在太阳能电池甚至临床诊断等领域展现出良好的应用前景。本论文通过调节稀土Yb3+的掺杂量并引入近红外有机染料作为敏化剂来优化设计UCNPs的发光性能,且应用于光动力学治疗及光学成像等相关领域。旨在解决UCNPs发光效率低,激发波长受限的问题。主要研究成果如下：(1)通过调节稀土yb3+在核中的掺杂量制备了一系列CaF2作为壳层的立方核/壳结构UCNPs,其中80%Yb掺杂的UCNP (a-NaYF4:Yb(80%),Er(2%)@CaF2)展示出最佳上转换红光发射,其绝对量子产率经测定(10 W/cm2,980 nm)达到3.2%。选择5-氨基酮戊酸(ALA)(一种临床上应用于光动力学疗法的前体药物)共轭连接在UCNP上制成ALA-UCNPs,在体内生物相容性的激光功率密度(0.5 W/cm2,980 nm)照射下,ALA-UCNPs在肿瘤治疗上显示出明显的光动力学治疗效果,并且能够深入到组织内1.2cm。体内治疗结果表明,980 nm近红外光激发在深层肿瘤治疗上优于临床使用的红色光照射。(2)通过引入具有不同吸收波谱的近红外有机染料分子敏化UCNPs的上转换发光来系统调节UCNPs的激发波长。实验证实近红外染料类似于一系列的“天线”,可以在不同激发带捕获近红外光子传递给UCNPs,相对于单个染料敏化的UCNPs, UCNPs的激发带可以通过“混合和匹配”一对有机染料来进行扩展。最后,利用这个概念实现了在一个选择性正交成像中的应用。(3)利用近红外有机染料IR-806敏化一系列不同壳层厚度的核/NaYF4壳结构β-NaYF4:20%Yb,2%Er@β-NaYF4 UCNPs上转换发光,发现一定厚度的NaYF4壳层会阻止染料向UCNPs的能量传递。通过在核/壳结构的壳层掺杂Yb3+作为从染料到内核层的能量传递桥梁,证实其能够在核/壳结构UCNPs基础上显著增强上转换发光,在2 W/cm2,800 nm连续光激发下,测得IR-806敏化p-NaYF4:20%Yb,2%Er@β-NaYF4:10%YB核/Yb壳结构UCNP的绝对量子产率达到6%,比截止目前报道的最强800 nm激发下UCNP强33倍。最后,通过两亲性三嵌段共聚物Pluronic F127包裹IR-806敏化核/Yb壳结构上转换纳米材料,将其成功转移至水相。