近年来,镧系离子掺杂的上转换纳米材料（UCNPs）作为一种新型无机荧光材料在生命科学领域得到了迅速发展。由于具有独特的光学特性被研究者广泛应用于即时检测、超分辨成像,光遗传学等新兴领域。而光可切换的上转换荧光纳米材料更是备受大家关注,这是因为由于这类材料不仅可以实现生物医学应用,而且在光学防伪、光遗传学等新兴领域也展现出其独特的价值。故本论文工作主要集中在新型正交发射上转换荧光纳米材料的合成、发光调控以及探索其在细胞成像中的应用。1、到目前为止,基于镧系离子掺杂的正交发射上转换纳米粒子需在不同壳层中掺杂发光中心,结构复杂,并且由于不同发射区域之间不能完全封闭导致发射光谱不纯。因此我们利用简易的热裂解法首次突破性地合成了“骨头状”单镧系发光离子的正交发射上转换纳米材料（NaErF₄:Yb/Tm@NaYF₄:Yb@NaNdF₄:Yb）,其荧光特性为:在980 nm连续激光激发下,材料发射出红色上转换荧光;在808 nm连续激光激发下,材料发射出绿色上转换荧光。通过监控纳米材料实时的形貌状态变化,我们认为“骨头状”形貌的形成可能归因于部分晶面的刻蚀。此外,我们从核中掺杂不同浓度Yb³⁺和Tm³⁺离子、以及设计不同能量迁移中间层两方面对正交发射性能进行精准调控。最后得出:在980 nm激发下材料的红光发射过程主要是Tm³⁺介导的Er³⁺的发射以及高掺Er³⁺离子之间的交叉驰豫的作用;而808 nm激发下,由于光子数较少且能量的传递路径较长,所以导致808 nm激发下绿光发射过程主要是Nd³⁺敏化Er³⁺的发光过程,即Nd³⁺→Yb³⁺→Er³⁺。2、在成功合成NaErF₄:Yb/Tm@NaYF₄:Yb@NaNdF₄:Yb正交发射上转换纳米颗粒（以下简称RGNPs）的基础上,我们借助于二氧化硅表面包覆的方法,进一步对合成的上转换纳米颗粒进行表面改性,使其由油相转换为水相从而提高其生物兼容性,并成功实现了细胞内不同激发不同荧光成像。简单来说,首先利用热裂解法合成了核壳壳结构的正交发射上转换纳米颗粒,并通过表面硅烷化将其修饰成水溶性纳米材料,即RGNPs@SiO₂。其次利用CCK-8的方法探究了该纳米颗粒的生物相容性。结果表明,将浓度为400μg/mL的RGNPs@SiO₂材料与细胞孵育24 h后,细胞存活率超过95%,显示了RGNPs@SiO₂具有良好的生物相容性。此外,共聚焦成像结果表明,此材料具有正交荧光成像功能,因此可作为可视化追踪剂,有望广泛应用于更加精确的生物诊断方面。