长波激发短波发射的稀土离子掺杂的上转换纳米粒子（Upconversion Nanoparticles,UCNPs）具有优异的化学和光学性能,如化学稳定性高、反斯托克斯位移大、发射带尖锐以及没有明显的光漂白现象和光闪烁效应等。因此其作为一种新兴的纳米材料,可以和传统的有机染料和半导体量子点一样作为发光探针从而进行成像应用研究。而时下流行的全内反射（Total Internal Reflection,TIR）成像技术是利用在全内反射发生时所产生的隐矢波来激发样品表面几百个纳米范围内的发光分子,接着结合高灵敏度的相机和计算机进行成像以达到提高成像信噪比的目的。遗憾的是,目前商品化的全内反射成像系统大多是基于下转换发光材料所构建的,未能将性能卓越的上转换发光材料与全内反射相结合,从而实现相关领域的应用研究。于是,本文从改装搭建基于上转换发光的全内反射成像平台入手,发展基于上述平台的图像定量分析方法,再结合上转换材料构建纳米探针,实现了对亚硫酸氢根（HSO3-）以及次氯酸根（ClO-）的检测。（1）将实验室已有的奥林巴斯倒置荧光显微镜与电动细胞全内反射（cell TIRF）成像系统相结合,接入独立的近红外半导体激光器,再通过接入三维可调准直扩束镜实现对激光入射角度的调节,以达到全内反射成像状态,从而建立了基于上转换发光（Upconversion Luminescence,UCL）的全内反射成像装置。再基于该装置,研究所拍摄的上转换纳米材料爆发出来的光子数,建立了一套基于粒子布朗运动的图像定量分析方法。该方法操作简便、样品用量少、重现性好、检测速度快且灵敏度高。（2）采用共沉淀法合成了发射波长处于红区的NaYF4:Yb,Er@NaYF4上转换纳米材料,使用配体交换法对纳米粒子进行水溶性修饰。同时通过亲核加成合成了功能化的花菁染料。所合成的花菁染料的吸收光谱与上转换纳米材料的发射光谱之间有较大的光谱重叠,基于此,构建了发光能量转移纳米探针。而亚硫酸氢根（HSO3-）和新合成的染料之间可以发生1,4-加成反应,破坏原有的染料结构,从而导致上转换发光变化。再利用基于上转换发光全内反射成像平台所建立的图像定量分析方法,1-120μmol/L范围内的HSO3-可以被检测到,检出限为70 nmol/L。（3）利用共沉淀法合成了发射波长位于近红外区的Na Gd F4:Yb,Tm@NaYF4上转换纳米材料,同样使用四氟硼酸亚硝作为配体交换剂取代原始油酸配体从而改善其水溶性,并将其作为能量供体。接着,通过亲核取代反应合成了功能化的花菁染料,将其作为能量受体,利用染料的吸收光谱和上转换材料的发射光谱之间的光谱重叠所导致的能量转移构建了发光纳米探针。当加入次氯酸根（ClO-）后,因为染料结构中的芳基硼酸会和ClO-发生反应,再结合ClO-可以显著破坏染料结构的特性,能量转移过程被阻止,发光信号得以恢复。于是利用基于上转换发光全内反射成像平台所建立的图像定量分析方法,实现了对ClO-的定量检测,最终的检测范围为0.02-10μmol/L,检出限为2.3 nmol/L。