掺杂镧系离子(Ln³⁺)的上转换纳米粒子（UCNPs）因为具有丰富的电子能级、高能带发射、长荧光寿命、出色的光稳定性和从紫外（UV）到红外（IR）的多个发射带等优势而受到了广泛关注,已经在无背景生物传感和生物成像、光触发药物传输、太阳能电池和超分辨生物成像等领域获得了广泛的应用。然而,UCNPs本身不能识别目标分析物,无法对分析物进行高选择性的传感。所以,在本论文中,我们选择了不同的生物大分子作为UCNPs的能量受体,同时具备对目标分析物的识别能力,设计了基于UCNPs的新型近红外（NIR）荧光探针,利用上转换荧光（UCL）实现生物成像研究。具体内容如下:第一章绪论本章首先介绍了上转换荧光（UCL）、上转换纳米晶体的性质,并对其合成方法进行了概述。重点对基于上转换纳米材料的表面功能化、能量受体的选择,以及在生物传感与成像领域的应用进行了阐述。最后对本论文研究内容以及意义进行了论述。第二章藻蓝蛋白修饰上转换纳米探针用于炎症过程中髓过氧化物酶的检测和生物成像研究在本章中,我们合成了PEI-UCNPs,构建了一种基于UCNPs和藻蓝蛋白（PC）共价结合的新型荧光纳米探针（PC-UCNPs）,并将该探针用于髓过氧化物酶（MPO）的检测与生物成像研究。我们通过酰胺化反应将PC偶联到UCNPs的表面,UCL被PC吸收后淬灭。由于PC存在特定的识别位点,该纳米探针可用于灵敏评估MPO的生物活性。利用该探针的光学优势,PC-UCNPs已成功用于活细胞和小鼠急性炎症过程中MPO的生物成像。第三章缩醛化葡聚糖修饰上转换纳米探针用于细胞自噬过程中溶酶体pH的传感与成像研究在本章中,我们开发了一种基于UCNPs的新型NIR溶酶体pH探针（Ac-DEX@UCNPs）。首先,我们合成了核壳结构的UCNPs,并对葡聚糖（DEX）进行修饰得到了缩醛化葡聚糖（Ac-DEX）。Ac-DEX与UCNPs通过配体交换策略结合,基于聚集诱导淬灭效应（ACQ）,Ac-DEX@UCNPs的UCL淬灭。在酸性pH条件下,Ac-DEX水解为DEX,ACQ减弱,UCL恢复。因此Ac-DEX@UCNPs对酸性pH值的变化具有高灵敏和高选择性的荧光响应。由于Ac-DEX@UCNPs具有良好的生物相容性和出色的光稳定性,我们将其用于细胞成像,荧光成像结果表明,Ac-DEX@UCNPs可以监测细胞自噬过程中溶酶体pH的变化。