超分辨荧光成像技术因其能够突破光学衍射极限的限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度而获得了诺贝尔化学奖。但是，传统的超分辨荧光显微镜需要极为复杂的光学系统来突破衍射极限，通常伴随着明显的光毒性和低时间分辨率，昂贵的造价以及日益复杂的操作限制了其在生物医学领域中的推广应用。因此，全球各大研究团队都在积极寻求具有近红外、高亮度和抗光漂白的替代荧光探针，并通过改善成像装置与算法，进一步拓展超分辨显微技术的应用范围。稀土元素纳米材料由于其独特而优异的物理化学特性，如显著的反斯托克斯光谱位移、无背景噪声、抗光漂白、光稳定性、低毒性和高成像穿透能力等，持续受到化学、物理学和材料学领域的广泛关注，是近期兴起的一种稳定性优异的无机荧光探针。本文首先简要介绍了上转换纳米颗粒的发光机制，然后讨论了纳米结构材料中实现光子上转换的主要限制。此外还介绍了镧系元素掺杂上转换纳米粒子在超分辨生物成像、分子检测等领域的应用，以及介绍了包括降低激光功率要求和耦合技术难度、提高激光直扫成像分辨率与速度、提高多路复用成像效率等应用技术优势。最后重点介绍了颗粒合成方面的主要挑战、可行的改进措施以及对未来发展的展望，为稀土纳米材料在生命科学成像领域的推广应用提供有力的理论基础与技术支撑。

近红外（ NIR）光诱导的光热治疗（ PTT）因其无创、非侵入、毒副作用低、可精准靶向治疗等特性，已成为肿瘤精准治疗的新型手段。凭借其独特的表面等离激元共振（ SPR）特性及其高效的光热转换效率、生物毒性与良好的光稳定性，金纳米颗粒（ Au NPs）已成为理想的光热治疗剂。而高质量成像技术是实现有效光热治疗的可靠有力的工具，尤其是多模态成像技术，比起单一成像方式具有更卓越的性能，为更全面、更精准的肿瘤成像提供了可能，显著提高了非侵入性医学治疗的潜力。 NIR光激发的稀土上转换纳米颗粒（ UCNPs），因其丰富的 4f电子结构展现出磁性、荧光、 X射线衰减和放射等多功能特性，使其作为造影剂在多模态成像领域展现了重要的应用前景。因此，构建 NIR光诱导的 Au NPs/UCNPs复合纳米体系，可用于多模态成像引导下的光热治疗，有望成为癌症诊疗的一种新策略。本文简单介绍了 Au NPs、UCNPs的光学特性，重点综述了 NIR光诱导的 UCNPs-Au NPs（纳米壳、纳米棒、纳米团簇）复合纳米体系在癌症光热治疗领域的最新研究进展，并对其实现诊疗一体化的未来进行了展望。

本工作采用一锅溶剂热法分别制备了不同有机配体修饰的NaBiF₄:Yb³⁺/Er³⁺上转换纳米粒子(UCNPs), 并对其形貌和发光性能进行了研究。实验表明, 有机配体的软模板和导向作用可调控UCNPs的粒径和形貌, 且有机配体的缺陷钝化作用会使其发光增强。其中, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)修饰的UCNPs的增强效果最为显著, 强度大约增加了9倍。此外, 本研究进一步考察了该UCNPs在不同的温度和pH条件下的发光强度的变化规律。结果表明, 在30~90 ℃之间, 其发光强度随着温度的升高而降低; 在强酸和强碱环境中, 其发光强度显著降低, 而在pH为5~6时, 其发光强度最大。

Two-photon luminescence with near-infrared (NIR) excitation of upconversion nanoparticles (NPs) is of great importance in biological imaging due to deep penetration in high-scattering tissues, low auto-luminescence and good sectioning ability. Unfortunately, common two-photon luminescence is in visible band with an extremely high exciation power density, which limits its application. Here, we synthesized NaYF4:Yb/Tm@NaYF4 upconversion NPs with strong twophoton NIR emission and a low excitation power density. Furthermore, NaYF4:Yb/Tm@NaYF4@SiO2@OTMS@F127 NPs with high chemical stability were obtained by a modified multilayer coating method which was applied to upconversion NPs for the first time. In addition, it is shown that the as-prepared hydrophillic upconversion NPs have great biocompatibility and kept stable for 6 hours during in vivo whole-body imaging. The vessels with two-photon luminescence were clear even under an excitation power density as low as 25mW/cm2. Vivid visualizations of capillaries and vessels in a mouse brain were also obtained with low background and high contrast. Because of cheaper instruments and safer power density, the NIR two-photon luminescence of NaYF4:Yb/Tm@NaYF4 upconversion NPs could promote wider application of two-photon technology. The modified multilayer coating method could be widely used for upconversion NPs to increase the stable time of the in vivo circulation. Our work possesses a great potential for deep imaging and imaging-guided treatment in the future.

稀土上转换发光纳米颗粒（UCNPs）可将近红外光转化为紫外可见光，能有效解决光动力抗菌疗法（PACT）中组织穿透深度小、治疗效率低的问题。综述了基于稀土上转换发光纳米平台的光动力抗菌疗法的研究进展，并对新型联合抗菌平台的开发及其在临床上的应用进行了展望。

上转换纳米粒子在近红外光激发下发射紫外/可见/近红外光, 也称为反斯托克斯发射。这一独特的光学性质排除了来自于生物材料的背景荧光和散射光, 为光学生物应用, 如生物成像、光动力学治疗、药物输送等开辟了新的途径。为了实现更好的应用性能, 在许多情况下需要高效率的镧系元素上转换纳米颗粒。一般来说, 上转换纳米粒子的质量往往与其合成方法有关。在这篇综述中, 我们将主要阐述上转换纳米粒子的各种合成过程, 总结了几种获得高发光效率的上转换纳米粒子的有效途径。

生物组织对980nm波长的光有较强的吸收,限制了Yb/Er或Yb/Tm共掺的NaYF4上转换纳米颗粒在生物方面的应用范围.通过对NaYF4∶Yb,Er/Tm纳米颗粒进行Nd掺杂,获得可在800 nm波长的激光激发下产生荧光的纳米颗粒.对多种不同形貌的Nd掺杂纳米颗粒的荧光光谱的研究表明,具有核壳结构的NaYF4∶Yb3+20%,Er3+2%@NaYF4∶Nd3+20%纳米颗粒在800 nm激光激发下的荧光强度最高,基本上与NaYF4∶Yb3+20%,Er3+2%纳米颗粒在980 nm激光激发下的荧光强度相当,其强度比NaYF4∶Yb3+20%,Er3+2%,Nd3+20%纳米颗粒提高了600倍以上.分析表明,Nd掺杂导致的淬灭效应主要来自于Nd和光敏剂Yb之间的作用,而不是与活化剂Er/Tm 之间的作用.

不理想的发光上转换纳米晶(UCNPs)表面效应成为其生物标记的主要障碍。本文合成了表面带有氨基功能基团的水溶性NaYF4∶Yb3+, Er3+ UCNPs, 并通过共价偶联的方式将聚乙二醇(PEG)分子修饰到其表面。光谱测试表明纳米晶的发光性质基本没有变化, 扫描电镜结果说明修饰的PEG分子在一定程度上减少了纳米晶的聚集。最后, 细胞毒性实验证明这种修饰后的上转换纳米晶具有良好的生物相容性。