与传统的下转换材料相比,稀土掺杂的上转换纳米材料（UCNPs）具有独特的反斯托克斯发光性能,可被近红外光激发发出紫外光、可见光等,具有良好的化学稳定性和光稳定性,发射峰较窄,无自体荧光,细胞毒性低等优点,因而受到较多关注成为纳米材料生物应用方面的研究热点,如生物成像、生物检测、药物传递、光动力治疗等。荧光共振能量转移（LRET）是一种无辐射过程,即处于激发态的能量供体将能量无辐射的转移给能量受体,后者通过荧光发射或其它无辐射方式将能量释放出来。因此,利用UCNPs独特的荧光性能,设计相关的LRET过程,可广泛地应用于生物医学领域。本文对铥（Tm）掺杂的UCNPs的合成及发光性能进行了探索,并对UCNPs与荧光染料四甲基罗丹明（TAMRA）、吲哚菁绿（ICG）之间的LRET进行了研究。第一章:本章实验合成了Tm掺杂的UCNPs（NaYF₄:Yb,Tm）,发现在980nm近红外光激发下可以发出紫外光、可见光、近红外光,实验通过改变镱和铥（Yb/Tm）的投料比,系统的探索了Yb/Tm的摩尔比对Tm掺杂UCNPs的荧光光谱的影响。结果发现可以通过改变稀土元素的掺杂比调节该UCNPs的荧光光谱,使发射出的紫外光、蓝光及近红外光的相对强度发生明显改变。因此可以根据需要合成具有不同荧光光谱的Tm掺杂UCNPs,以便更好的进行生物应用。还合成了核壳结构的UCNPs,并探索了壳层厚度对荧光光谱的影响,发现当核壳投料比为1:0.8时,与核相比,该UCNPs的807 nm的近红外光荧光强度可增加2³倍。利用该核壳结构UCNPs作为近红外荧光探针进行生物检测时,较高的近红外荧光信号有助于提高检测的灵敏度。第二章:本章首先探索了三种不同表面配体修饰的UCNPs（NaYF₄:Yb,Er）与羧基修饰的DNA（A30-COOH）的结合情况,其中首次使用A30-COOH对表面配体为四氟硼酸根离子的UCNPs（BF₄^--UCNPs）进行修饰探索,并对DNA用量进行优化控制。然后通过A30-UCNPs与四甲基罗丹明修饰的DNA（T30-TAMRA）之间的DNA杂交构建了一种新颖的LRET模型。使用纳米材料NaYF₄:Yb,Er作为能量供体,TAMRA为能量受体,对UCNPs-TAMRA体系的LRET进行了研究。根据不同浓度的T30-TAMRA对UCNPs-TAMRA体系LRET的影响,考察了UCNPs-TAMRA体系的灵敏度,结果说明该体系具有很好的用于DNA等生物大分子痕量检测的应用前景。第三章:钕（Nd）掺杂的UCNPs（NaYF₄:Yb,Nd,Er）可以采用808 nm的近红外光激发以避免在980nm处激发时产生过热的现象。但是由于较低的荧光量子效率,808 nm直接激发的Nd掺杂UCNPs在水中的荧光相对较弱。因此,要更好地进行生物应用需进一步提高其荧光强度。本章实验利用吲哚菁绿（ICG）在800 nm附近有较大的吸收截面,且其荧光发射光谱与Nd的吸收光谱有较大重叠的优点,基于LRET原理,以ICG作为能量供体,Nd掺杂的UCNPs作为能量受体,研究了ICG敏化UCNPs后的荧光性能。实验结果表明,在ICG敏化作用下,808 nm近红外光激发下Nd掺杂的UCNPs的荧光强度增强了3倍左右,且具有非常高的稳定性。并通过Hela细胞成像,对比了UCNPs被敏化前后的荧光成像效果。