光热治疗（Photo-thermal therapy,PTT）是指通过光热治疗剂（Photo-thermal therapy agent,PTA）有效地将近红外（Near infrared,NIR）光子能量转换为大量的热量,适当的高温可破坏肿瘤组织中的癌细胞膜和蛋白质,从而诱导癌细胞不可逆的损伤,以达到对病灶区肿瘤细胞有效的热消融及光学微创治疗。光热治疗作为一种基于光学纳米粒子微创治疗癌症的方法得到了研究者们的极大关注,与传统的手术、化学和放射疗法相比,光热治疗具有较短治疗时间和较小副作用等优点。光热治疗过程中,治疗效果取决于光热治疗剂在近红外光照射下产生的热量,过高的热量或热量不足都将影响其治疗效果。因此,光热治疗过程中实现实时温度探测是至关重要的,对病灶区域的温度探测不但可以有效地正面干预光热治疗过程中热量不足或温度过高引起的治疗效果降低,而且实时的温度反馈可以提高光热治疗的安全性及高效性。因为传统的温度计（如:水银温度计、热电偶温度计和热像仪等）受到生物组织病灶区域内部环境的限制,无法准确无创地测量其内部温度,所以实现非接触式且具有较高精确度的温度探测是必不可少的。稀土发光材料作为新一代非接触式光学温度传感探针可有效的解决上述问题。基于镧系稀土离子的荧光强度比（Fluorescence intensity ratio,FIR）测温原理是在不同温度环境下,稀土离子不同能级的荧光发射强度比与温度具有相应的函数关系,可以通过测试稀土离子的发射光强度比来确定发射中心所处的环境温度。作为新型的无创、非接触式纳米温度计,基于稀土离子的温度探针具有出色的空间和温度分辨率以及高的热敏性。镧系稀土离子发光材料同样具有其他材料所无法比拟的光学特性,例如:丰富的能级、较长的发光寿命、窄的发射线和高的色纯度,基于掺杂的稀土离子自身特殊的电子排布可获得从紫外到可见再到近红外光区丰富的发光。可见和近红外发射光在生物体中表现出以下优势:具有非常低的自发荧光和较深的光学穿透深度,可用于光热治疗过程中的成像剂来实现对病灶区域的可视化成像。因此,本论文采用基于镧系元素离子荧光强度比的温度监测技术和发光特性来实现光热治疗过程中温度的实时监测及成像。将光热治疗剂与稀土掺杂发光材料的有机结合来构建集成像、光热治疗和温度探测于一体的多功能纳米材料具重要的研究意义。为了探究稀土离子掺杂材料的光学温度传感特性,第三章采用体材料Na2Ln2Ti3O10（Ln=Gd,La）为基质,用 Er3+的 2H11/2/4S3/2→4115/2 的绿光发射作为主要研究对象,实现了具有较强可见光发射的温度传感探针并探究了样品Na2La2Ti3O10（Ln=Gd,La）:0.01Er3+,0.12Yb3+可见光的温度传感特性,为基于稀土离子FIR温度探测技术打下了基础。考虑到体材料的样品没有均匀的形貌,尺寸偏大,限制了其生物组织内的应用前景。第四章利用共沉淀法合成了具有均匀形貌、纳米尺度及具有良好分散性的Y2O3:Yb3+/Er3+纳米晶,探究了其可见光发光特性及其温度传感特性。同时研究了具有生物相容性SiO2@Cu2S光热治疗剂的光热特性及对细菌的消融效果。为了实现光热治疗和光学成像的双功能纳米材料,本研究设计开发了核-壳结构的双功能光热治疗纳米系统Y2O3:Nd3+/Yb3+@SiO2@Cu2S,系统研究了其对细菌及癌细胞的消融作用及近红外光对生物组织的穿透性。并基于温度监测系统和光热治疗系统构建了 Y2O3:Nd3+/Yb3+/Er3+@SiO2@Cu2S多功能可见光温度自监测光热治疗纳米系统,相关研究结果对光热剂与稀土发光材料的复合提供了新的研究思路。由于可见光的温度传感对于生物组织应用层面来说具有较大的局限性,且光热治疗剂Cu2S的宽谱吸收特性影响了基于FIR温度探测的准确性。第五章优化了多功能温度自监测光热治疗纳米系统的性能,从生物组织内测温的角度出发实现了基于近红外的光学温度探针并选择了具有窄带吸收特性的光热治疗剂IR-780。分别探究了位于生物窗口区 Nd3+的 4F3/2（Ⅱ）→419/2 和 4F3/2（Ⅰ）→419/2 的近红外发射和 Nd3+的 4F3/2→4I11/2 发射与Yb3+的2F5/2→2F7/2近红外发射为温度传感探针的性能。并以位于第一生物窗口区的808 nm为激发光源,设计了基于近红外的多功能温度自监测光热治疗纳米系统NaYF4:Yb/Er@NaYF4:Nd@mSiO2-IR780。这种基于NIR-NIR的多功能温度自监测光热治疗纳米系统对于生物学应用具有重要意义,并为后续的相关研究提供了一定的基础。