生物光子学是由先进光子学技术和生物技术交叉结合所形成的一门前沿的学科。在生物光子学的研究中,光学生物成像是其中的一个分支。本论文将几种新型纳米颗粒与先进的光学系统相结合。开展了一系列光学生物成像方面的工作。论文中,我们介绍了近红外荧光染料掺杂的纳米颗粒、上转换纳米颗粒,以及它们的表面修饰方法等,并对它们进行了表征。在生物成像方面,这两种纳米颗粒都可以作为高效的荧光探针。我们将近红外荧光染料掺杂的纳米颗粒应用于小鼠的前哨淋巴结标记和活体功能性成像以及活体深层显微成像。上转换纳米颗粒在生物成像方面也有着很多的优势,我们提出了一种新方法激发上转换纳米颗粒,与传统的激发方式相比,这种激发方式可以获得更大的成像深度。在生物成像领域,新型光学系统的设计与搭建为光学生物成像提供了有效的工具。我们设计并搭建了基于倏逝场激发的全内反射荧光显微系统、显微拉曼探测系统以及多光子荧光显微扫描成像系统等,为后续的光学生物成像研究提供了有利的条件。