上转换发光,即短于激发波长的光发射,由于发射带清晰、自发荧光干扰小、化学稳定性高、光稳定性高、信噪比高、响应时间短等优势,在过去的几十年中,已经广泛应用于多种领域,在化学传感和载药治疗领域发挥尤为重要的作用。其中,上转换过程常见于双光子荧光探针和上转换纳米材料。双光子荧光使用近红外光（NIR）激发,穿透深度要高于单光子荧光,同时有效激发体积小于单光子激发,分辨率更高。而镧系元素掺杂的上转换纳米粒子（UCNP）在被近红外光激发后发出高能光子,是引导药物输送的理想纳米载体。基于上述优势,本人硕士论文主要开展了以下两个方面的工作:在第一项工作中,我们构建了一种比率型双光子荧光探针（Mito-HR）并用于缺氧模型小鼠神经元和斑马鱼中羟基自由基（·OH）的定量分析与成像。探针中的三苯基膦基团（TPP）起到靶向线粒体的作用,而香豆素基团（CM）与萘酰亚胺基团（NPM）作为荧光共振能量转移的供体和受体。此外NPM上的甲基吡唑啉酮基团可以与·OH发生独特的单电子氧化,使得Mito-HR探针对·OH的检测表现出较高的选择性和灵敏度,检测限（LOD）低至158 n M。探针对神经元线粒体内·OH的实时成像和传感分析实验表明,缺氧诱导的神经元死亡与·OH有关,且可能受到酸敏感离子通道的调控;短时间的缺氧造成的损伤可以恢复,而长时间的缺氧会导致神经元的不可逆损伤。此外还发现缺氧诱导的斑马鱼死亡也是由于·OH爆发造成的。开发的探针对于研究·OH的变化提供了一种可靠的工具,不仅为线粒体·OH的实时成像和定量分析奠定了基础,而且也有助于了解线粒体·OH在生理和病理过程中的作用。在第二项工作中,我们合成了一种核-壳结构的Fe3O4@SiO2@UCNP磁—光双功能上转换纳米材料和一种两亲性光致异构偶氮苯衍生物（Azo）,将两者进行自组装,从而可以通过近红外光激发,实现药物的释放。980 nm近红外激发,使Azo在UCNP的上转换发光下发生可逆E/Z异构,形成分子螺旋桨释放负载的药物阿霉素（DOX）,同时磁性Fe3O4核心赋予了复合探针超顺磁性,使得通过外加磁场控制复合探针的位置成为可能。所开发的复合探针还具有负载其它小分子药物的潜力,是一种潜在的多功能纳米诊疗平台。