生物检测在生物体中内环境的离子、分子等含量水平的检测十分重要,相应水平含量范围的稳态可以对生物体状态情况进行有效的评估。此外,对生物体内的生物物质的水平含量的监测也至关重要,它们是维持生物体系统平衡和功能正常运行必不可少的部分。当生物体内物质的水平含量出现异常时,生物体可能会出现病变,尤其是针对于与疾病密切相关的物质的检测对生物体早期疾病的诊断具有很大的引导作用。目前,癌症、糖尿病、炎症、阿尔兹海默症等威胁人类健康和生命的疾病严重的干扰的人们的生活。有研究报道,这些疾病均有相应的诱发因素,而这些诱发因素会诱导生物体内不同物质的稳态发生异常的变化,针对于这些物质的异常变化已有许多具有特异性检测探针被不断地开发和优化。随着纳米技术和生物医疗的快速发展,已有大量的生物探针被开发。其中,这些探针的设计越来越往高生物相容性、低毒性、灵敏度高、抗生物自身背景干扰能力强等方面靠近,这使得生物探针在生物分析中提高了更为有效和可靠的思路。为了更精准的呈现诊断的效果,越来越多的生物探针将生物分析和生物成像相结合,这使得生物检测变得可视化,并且能精准的原位追踪和监测。生物成像具有较高的灵敏度、高选择性和实时成像等优点,是监测生命活动中生物分子的有力手段。并且生物成像在生物体异常状态的早期诊断和生物医学诊断中起着指导的作用。现有的生物成像手段有很多,如荧光成像、磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描、拉曼成像、超声成像等。其中,荧光成像相较于其他成像手段,具有灵敏度高、使用相对简单灵活等优点,因此在生物分析检测中荧光成像得到了广泛的应用。然而,单光子荧光成像存在许多缺点,如空间分布率低、组织通透性差、穿透性不佳等。而双光子荧光成像可以很好的克服单光子荧光成像的不足,这使得双光子荧光成像在生物成像中显得尤为重要。目前的单模成像手段已经无法满足日渐增长的需求,因此需要更完善的双模成像模式来实现更灵敏的、更高效的诊断。此外,在微量目标物的检测手段中,无酶放大策略的需求日渐增长,有效的将微含量目标物的检测信号放大,提高检测的精准性和灵敏度。针对于提高荧光探针在生物体内成像的成像深度以及目标物超灵敏检测的诊断效果,本论文以双光子纳米材料构建了一系列性能优良的双光子荧光纳米探针用于细胞内范围宽的p H以及肿瘤内源性的H2O2的双光子荧光成像和MRI双模成像;将催化发卡自组装（CHA）和荧光共振能量转移（FRET）相结合的无酶放大策略,具体的研究内容如下:1.基于双光子碳量子点（TP-CQDs）和MnO2纳米片的新型检测平台用于细胞内p H响应的双光子荧光成像和磁共振成像的双模成像生物荧光成像技术在生物医学领域得到了广泛的应用。与其他技术相比,荧光成像具有成本低、灵敏度高、操作简单等优点。然而,单光子荧光成像在生物体成像中的应用存在一定的局限性,比如:易光漂白、穿透深度浅等。虽然,双光子荧光成像可以很好地克服单光子荧光生物成像的缺点,但目前的单模成像模式仍然无法满足目前全面精准成像的需求。因此,通过结合双光子荧光成像和磁共振成像构建的双模式成像平台,不仅可以很好的弥补单模成像的成像不全面的不足,还能提高对疾病的早期诊断更加准确。因此,本部分基于TP-CQDs修饰得MnO2纳米片设计了一种纳米探针TP-CQDs@MnO2用于细胞内宽的p H范围（4.0-8.0）检测的双模成像。将MnO2纳米片作为TP-CQDs的荧光猝灭剂,因为MnO2纳米片在H+作用下会迅速降解成Mn2+,使得磁共振信号发生变化,实现了细胞的磁共振成像;同时,将原本附着在MnO2纳米片上的TP-CQDs得到释放,进而导致荧光信号由“无”变为“有”,实现细胞和组织的双光子荧光成像,其中组织穿透深度达到240.0μm。由于这种新型的双模纳米探针TP-CQDs@MnO2可以监测胞内宽的p H范围,并通过双光子荧光成像和磁共振成像双模成像得到互相验证,且在生物成像中获得了满意的结果。这一双模式成像平台的构建对生物体内p H相关疾病的早期诊断和治疗具有很大的前景,而且在提高临床疗效方面也有很大的潜力。2.基于TP-CQDs和MnO2构建的双模成像纳米探针用于肿瘤微环境内源性H2O2快速激活响应的双光子荧光成像和MRI肿瘤严重危害了人类生命的健康,针对于肿瘤的诊断对改善人类健康具有重要意义。随着肿瘤研究的进一步发展,肿瘤微环境（TME）邻域的研究受到广泛关注,TME指的是肿瘤的发生、生长和转移与肿瘤细胞的内外环境,它与肿瘤组织的结构、功能和代谢密切有关。由于TME具有弱酸性环境、富含H2O2、缺氧、谷胱甘肽浓度高等特征。其中,TME中的H2O2在细胞增殖、免疫应答、氧化应激等生理过程中发挥重要作用;而且H2O2含量也与恶性肿瘤、炎症、糖尿病等疾病也密切相关。因此,TME内源性H2O2为肿瘤的早期诊断提供了有效的信息。本工作针对于肿瘤TME中内源性H2O2超灵敏性响应构建了一种基于TP-CQDs和MnO2的构建的纳米探针TP-CQDs@MnO2,具有更高的时空分辨率、灵敏度,以及对组织有更深的组织穿透能力。在细胞和组织的双光子荧光成像（穿透深度达到280.0μm）中取得了满意的结果;而且细胞的磁共振成像效果与双光子成像也很好得到互相的验证。这种双模成像纳米探针TP-CQDs@MnO2在TME中内源性H2O2的超灵敏检测手段对与H2O2相关疾病的早期诊断具有精准的检测,并且在肿瘤早期临床诊断和治疗具有很大的应用前景。3.基于双光子硅纳米颗粒和核酸适配体构建的触发型CHA和FRET的纳米探针用于肿瘤细胞内micro RNA超灵敏检测Micro RNA（mi RNA）是一种非编码RNA,在诸多生物学过程中发挥着重要作用。目前,mi RNA被认为是肿瘤诊断的生物标志物,在未来肿瘤早期诊断和治疗中具有有效的调控作用。由于内源性mi RNA含量低,传统的荧光检测手段在检测中受到了很大的局限性,针对内源性mi RNA的特异性和高灵敏检测策略的开发迫在眉睫。本部分内容设计了一种基于双光子硅纳米颗粒和核酸构建的触发型CHA和FRET的检测平台,用于肿瘤细胞内源性mi RNA超灵敏检测。该平台通过酰胺键的反应在硅纳米颗粒的表面修饰一层发卡DNA1,DNA2上修饰FAM荧光基团,当目标物mi RNA-203存在时,其中Si NPs@DNA1上的DNA1发卡打开与目标物mi RNA-203碱基互补配对,紧接着促发其与DNA2-FAM的结合能力大于与目标物mi RNA-203的结合能力,使得Si NPs@DNA1与DNA2-FAM结合后双光子硅纳米颗粒的荧光与FAM的荧光发生FRET,被取代下来的目标物mi RNA-203进行下一轮信号传递。这种无酶信号放大策略可以检测微含量的mi RNA-203,制造循环放大的灵敏度高的检测效果。其中FRET的荧光转移机理可以有效的克服生物成像的背景干扰。通过癌细胞内源性mi RNA-203的成像效果显示了该策略具有超灵敏检测微量mi RNA-203的能力,这种CHA和FRET相结合的信号放大策略为未来肿瘤早期诊断和临床检测提供了有效的指导价值。