长余辉纳米材料是一类独特的光学材料,能够在激发光关闭后持续发光。在过去的十几年中,长余辉纳米材料在各种领域引起了广泛的关注,特别是在生物医学领域显现出许多独特的优势。在光学检测和生物成像时,由于长余辉纳米材料具有超长的余辉发光,而背景荧光寿命通常很短,因此激发光关闭后背景荧光信号会很快消失,通过采集余辉发光信号可以有效避免复杂样品和生物体系中背景荧光的干扰。而且长余辉纳米材料在成像时无需原位激发,可以减少生物体系的组织光散射干扰,提高检测和成像的信噪比和灵敏度。此外,近年来长余辉纳米材料在疾病治疗方面也有了很大的发展。一方面,长余辉纳米材料的长余辉发光可以作为体内光源激发光敏剂和光热剂用于持续性的光动力学治疗和光热治疗;另一方面,长余辉纳米材料自身可以作为一种储能光敏剂,在激发光关闭后可以持续释放能量并产生活性氧等物质,从而实现黑暗中的持续性疾病治疗。虽然长余辉纳米材料在生物医学领域具有许多优点,但是同样面临许多问题有待解决,其中一个重要的问题就是缺乏长余辉纳米材料的控制合成方法。为了更好的实现生物医学应用,要求长余辉纳米材料具备良好的分散性、表面可修饰性、可控的尺寸、优异的余辉发光性质、与生物体相匹配的形貌以及优异的生物相容性等特点。目前长余辉纳米材料主要是通过高温固相法等自上而下的方法合成的,需要先合成块体材料,再通过研磨破碎得到纳米级的长余辉材料。自上而下的方法合成的长余辉纳米材料分散性较差,尺寸不均一,而且表面难以进行化学修饰,不适合用于生物体系,严重限制了长余辉材料在生物医学领域的应用。因此,开发长余辉纳米材料控制合成方法对于推动长余辉纳米材料在生物医学领域的应用具有重要意义。在本文中,我们发展了基于水热法的长余辉纳米材料合成方法,并通过改变水热合成反应的条件实现了长余辉纳米材料的形貌调控,进一步基于合成得到的长余辉纳米材料的光学性能和结构特点,探索它们在无背景光学成像和疾病治疗方面的应用。主要研究内容如下:（1）提出了基于配位化学原理的长余辉纳米材料控制合成方法。通过改变水热反应体系中氨基配体的配位能力,得到了具有不同形貌的拓扑长余辉纳米材料。随着配体的配位能力由弱到强,长余辉纳米材料的形貌从棒状变成哑铃状,最后形成了花状,而且不同形貌的长余辉纳米材料均具有优异的长余辉发光性能。（2）开发了基于长余辉纳米材料的无背景指纹成像方法。在酸性条件下,带负电的羧基长余辉纳米材料可以与指纹中带正电的氨基通过静电引力结合。通过在背景荧光衰减完全后采集长余辉材料的余辉发光,有效消除了指纹基底中的背景荧光干扰,从而很好地提高了指纹成像的灵敏度和分辨率,得到清晰的、无背景干扰的指纹图像。（3）将具有拓扑结构的长余辉纳米花用于黑暗条件下的持续光动力学抗菌。拓扑结构的长余辉纳米花具有较强的细菌粘附能力以及良好的持续光催化活性,在黑暗条件下仍然表现出优异的抗菌性能,而且负载长余辉纳米花的抗菌无纺布也可以很好地杀死细菌。此外,利用抗菌无纺布制作的抗菌口罩和毛巾能够有效抑制细菌生长和繁殖,在个人健康防护等方面具有良好的应用前景。