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随着纳米技术的发展，纳米材料由于其独特的物理化学性质，使其在生物医学和稀土上转换发光材料领域受到了广泛的关注。稀土上转换发光纳米材料具有发射带窄、荧光寿命长、毒性低、反斯托克斯位移大、发光颜色可调、无生物组织自发荧光、无光漂白和闪烁等特点，这些优异的性质使其在生物医学、三维立体显示及防伪技术领域具有潜在的应用前景。然而稀土上转换纳米材料合成过程复杂、发光强度和效率低、医学成像信号分辨率不高等仍然是当前面临的主要问题。铋作为一个与稀土离子半径相近的元素，具有无毒不致癌和价格便宜的特点，使含铋纳米材料在稀土上转换发光和生物医学材料领域有着深入的研究和广泛的应用。本论文的研究内容总结如下: 1.我们首次在室温下通过极其简便的方法超快速合成了以六方相NaBiF4为基质的上转换发光材料，整个合成过程只需一分钟。合成的纳米粒子尺寸均一且具有好的单分散性。在980nm激光激发下，Yb3+/Ln3+(Ln=Er，Ho，Tm)共掺杂的NaBiF4纳米粒子展现了优异的上转换发光性能。这种超级简便的合成方法和优异的基质材料使得在如此低温度下获得的纳米材料具有上转换发光性质。我们进一步对NaBiF4纳米粒子进行了溶剂热处理，NaBiF4∶Yb3+/Er3+(Tm3+)上转换纳米粒子在980nm激光激发下表现出强的上转换发光。在纳米粒子合成过程中加入聚丙烯酸（PAA），合成的纳米粒子（称作PAA修饰的NaBiF4）的上转换发光强度会进一步提高。PAA修饰的NaBiF4∶Yb3+/Er3+(Tm3+)纳米粒子的上转换发光绝对量子效率为0.32％(Er3+)和3.70％(Tm3+)，其发光效率高于NaBiF4和NaYF4。随后，我们系统地研究了NaBiF4∶Yb3+/Er3+和PAA修饰的NaBiF4∶Yb3+/Er3+上转换纳米粒子的变温上转换发光性质。结果表明，PAA修饰的NaBiF4∶Yb3+/Er3+纳米粒子有更高的灵敏度，可用做高灵敏度的温度传感器。 2.我们通过溶剂热法首次合成了新型稀土掺杂的K0.3Bi0.7F2.4上转换纳米粒子，在980nm激光激发下，K0.3Bi0.7F2.4∶Yb3+/Ln3+(Ln=Er，Ho，Tm)纳米粒子展现了优异的上转换发光。特别是，具有强近红外光发射的K0.3Bi0.7F2.4∶20％Yb3+/0.5％Tm3+（简写为BYT）较适合于深层组织光学成像。同时，铋元素高的X射线衰减特性使得K0.3Bi0.7F2.4上转换纳米粒子具有较好的CT成像能力。MTT分析、溶血分析、小鼠的血液生物化学和主要器官的组织学分析表明柠檬酸修饰的BYT纳米粒子具有可忽略的生物毒性，可以被用作潜在的近红外荧光和CT双模式成像探针。 3.我们利用溶剂热和后续的热处理方法成功合成了形态均一的Yb3+/Er3+共掺杂的Bi2O3纳米球。在980nm激光激发下，Bi2O3∶Yb3+/Er3+展现了明亮的上转换发光。通过调节Yb3+的掺杂浓度，实现了多色上转换发射（从绿色到红色）。MTT和CCK-8分析表明柠檬酸修饰的Bi2O3∶20％Yb3+/2％Er3+具有良好的生物相容性。此外，原位瘤内荧光成像证实了纳米球在活体内具有良好的荧光成像能力。二元造影剂Bi2O3∶Yb3+/Er3+纳米球在不同电压下均有较好的CT成像效果(80-140KVp)。因此，Yb3+/Er3+共掺的Bi2O3纳米球可以作为双模成像探针用于上转换荧光和CT成像。 4.我们利用溶剂热法制备了单分散的NaGdF4∶Yb3+，Tm3+，x％Bi3+(简称GYT-x％Bi3+，x=0，5，10，15，20，25，30)上转换纳米粒子。与没有掺杂的NaGdF4∶Yb3+，Tm3+（简写为GYT）纳米粒子相比，GYT-25％Bi3+纳米粒子的上转换发光强度大约提高了60倍。尤其，GYT-25％Bi3+粒子的近红外发射强度是其蓝光上转换发射强度的150倍，如此高的近红外/蓝光强度比可以减少在使用近红外荧光成像过程中蓝光对生物组织的损害。实验结果证实了近红外光的深层组织荧光成像能力，成像穿透深度可达到20毫米。更重要的是，GYT-25％Bi3+粒子的X射线CT成像效率也得到了明显的提高。可见，通过Bi3+的掺杂，荧光强度和CT信号同时获得了增强。此外，由于NaGdF4基质中富含Gd3+，从而使材料具有MRI能力。 5.我们开发了一种极简的方法超快速合成了（仅1分钟）超小聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护的铋纳米点（简写为PVP-Bi纳米点）。使用便宜的铋元素，纳米点可以很容易大量合成。CT成像结果证明PVP-Bi纳米点具有良好的成像效率。由于强的近红外吸收能力，PVP-Bi纳米点光热转换效率高达30％，可以作为光热试剂，随后的光热癌症治疗显示了PVP-Bi纳米点高效的肿瘤杀伤能力。此外，PVP-Bi纳米点在7天后几乎可以完全从小鼠体内代谢出来。血液生物化学和组织学分析表明PVP-Bi纳米点在体内具有较低的毒性。这些优异的结果表明PVP-Bi纳米点是一个安全的单“元素”纳米癌症诊疗试剂。