基于纳米材料独特的电学、磁学及光学性质，近年来多功能纳米材料于生物相关领域呈现出广阔的应用前景。特别值得指出的是，功能化纳米材料于生物医学方面的应用在所有研究中备受关注。本论文中，我们设计并合成几种新颖的多功能纳米材料，并考察其在生物分子分离及多模式成像中的相关应用。主要内容如下:　　1.我们设计并合成了一种多功能的磁性介孔核壳异质纳米材料，该材料可用于从蛋白混合物中分离纯化蛋白，亦可用于选择性的富集低分子量的多肽分子。由磁性核及坚实的介孔外层组成的该异质材料具有许多重要的性质，如可控的壳厚度、均一的孔大小及优异的磁性。基于Ni2+对组氨酸标记蛋白的高亲和性及材料本身高磁响应性，该异质纳米材料可用于从大肠杆菌细胞裂解液中磁分离组氨酸标记蛋白。此外，由于材料具有三维结构的NiSiO3壳层，该异质纳米材料可从复杂的生物样品中选择性的富集低分子量的多肽。　　2.利用Ni2+掺杂的超顺磁性纳米粒子，我们构建了一种高效纯化组氨酸标记蛋白的实验方法。单分散性的Ni0.3Fe0.7Fe2O4纳米粒子可通过简单绿色的水热法合成。基于Ni2+对组氨酸标记蛋白特有的分子识别功能，该纳米粒子可从大肠杆菌细胞裂解液中选择性磁分离组氨酸标记的青色荧光蛋白。此外，通过改变二价金属前驱体，各种金属离子掺杂的磁性纳米粒子可以得到。　　3.我们设计并合成了一种PEG分子修饰的高镱含量的Yb2O3∶Er纳米粒子，该纳米粒子可用于X射线CT成像及上转换荧光成像。细胞毒性、溶血实验及后注射组织分析表明该材料极好的生物兼容性，预示着其于活体层面的广泛应用。相比临床用碘比醇试剂，该纳米探针于120KVp临床电压下呈现出更高的成像效果。通过5％Er3+的掺杂，该纳米探针在980nm激光的照射下能够呈现出长时稳定的近单波长的红色上转换荧光。此外，我们系统的考察了静脉给药后纳米粒子的药代动力学，生物分布及代谢途径，结果证实该材料的生物安全性。　　4.我们设计并合成了一种PEG分子修饰的镧系元素掺杂的Gd2O3纳米探针，并将该纳米探针用于活体层面的上转换荧光成像、磁共振成像、及X射线CT成像。嫁接于杂化Gd2O3纳米粒子表面的PEG分子极大的增加了材料于体内的稳定性并合理的延长了血液循环半衰期。细胞毒性、溶血实验、后注射组织学分析、血液学和血液生化分析及易感器官炎症分析证实该纳米探针的低毒性质，预示着其潜在应用价值。我们通过小动物实验说明该材料于多模式成像体系的应用。此外，我们于小鼠模型上系统的考察了静脉给药后纳米粒子的药代动力学，生物分布及代谢途径。　　5.通过一步溶剂热法，我们设计并合成了一种PAA分子修饰的BaYbF5∶Tm二元纳米造影剂。因材料本身极好的胶质稳定性、极低的细胞毒性、及可忽略的溶血性质，我们系统的考察了该纳米探针作为胃肠道多模式造影剂的应用情况。相比临床用碘试剂及钡餐，该纳米探针于CT成像和X射线成像上呈现出更好的成像效果。通过Tm3+离子的掺杂，该纳米探针可在980nm激光的辅助下进行上转换荧光成像(NIR-NIR)。对比入侵性成像模式，包括X射线成像、CT成像及上转换荧光成像在内的非入侵性成像模式会极大的减轻病患的疼痛、有效的简化成像步骤并理性的缩短诊治时长，因此在胃肠道成像上可以呈现出更多优势。此外，我们于小动物模型上系统的考察了该材料的长时毒性，结果预示着该纳米造影剂的高生物兼容性和低生物毒性。