上转换发光纳米材料（UCNP）是指受到低能量的光激发后发射出高能量的光的一类材料。近些年来,上转换纳米材料发展十分迅猛,它的低自发荧光、高量子产率、长荧光寿命、耐光漂白、低生物毒性、窄发射谱带、深层组织穿透等性质使其在生物医学领域有着广泛的应用,比如:疾病诊断、细胞成像、光控释药。上转换纳米材料与生物传感和成像技术联用可实现高对比度的成像和高灵敏度的检测,同时也可作为一种纳米载体和光控开关。本论文基于上转换纳米粒子优良的发光特性,构建了简单功能化的纳米体系,并将其运用于细胞内的p H成像及光控缓释核酸药物。主要内容如下:1、活细胞中的p H值传感和成像对于了解细胞行为和疾病诊断具有十分重要的意义。我们基于荧光内滤效应设计了一种无标记的纳米探针（Lipo-UCNP@phenol red）,用来比率荧光传感和成像细胞内的p H值。该纳米探针由上转换纳米颗粒（UCNP）、充当p H响应基团和UCNP淬灭剂的酚红、聚乙二醇（PEG）化的磷脂三部分组成,通过PEG化的磷脂疏水尾与UCNP表面的油酸配体之间的范德华力相互作用组装。由于酚红在生理p H值下557 nm处的紫外吸收光谱和上转换纳米颗粒在540 nm处的发射光谱有较好的重叠,使得540nm处的上转换发射因荧光内滤效应而猝灭。并且酚红在557 nm处的吸收强度随p H值的变化而改变,使得540 nm处的上转换发射光谱发生变化,655 nm的上转换荧光发射因酚红分子在此处无紫外吸收而不受影响,因此以540 nm和655 nm处的上转换发射强度的比值作为输出信号来检测活细胞内的p H值变化。通过荧光共聚焦成像表征纳米探针在内吞过程中的细胞定位及细胞内p H值的微小变化,实验结果表明该纳米探针能够灵敏、可靠地监测细胞内吞过程中的时空p H变化及活细胞在外部刺激下的p H波动。2、刺激响应型药物释放系统在癌细胞的精准诊治应用中具有重要意义。我们构建了加载上转换纳米颗粒的核酸适配体水凝胶缓释系统,利用上转换纳米粒子发射365 nm的紫外光进行DNA光控释放。设计了两条部分互补的丙烯酰胺基和光可裂解的pc-linker修饰的DNA链,通过DNA间的碱基互补配对作用及丙烯酰胺基与丙烯酰胺的自由基聚合反应制备水凝胶,并在水凝胶中加载上聚乙烯亚胺改性的上转换纳米粒子（PEI-UCNP）。实验结果表明在980 nm激光照射下,水凝胶中的PEI-UCNP发出的365 nm紫外光能有效将DNA链中的pc-linker键切断,从而持续释放出具有生物活性的核酸适体药物。