在动植物体内存在许多种至关重要的活性物质，其中包括金属离子、阴离子及生物小分子等，它们参与各种生理、病理过程，在生命活动中发挥着重要的作用。这些被分析物在细胞活体中的浓度极低，以及生物样品的复杂性，所以必须采用高选择性、高灵敏度的分析方法。小分子荧光探针建立在光谱化学与测量技术基础上，选择性地将分子识别的化学信息连续转变为分析仪器易测量的荧光信号。它具有专一选择性、高灵敏度、原位实时检测（荧光成像技术）等众多优点。其中比例型荧光探针通过记录两个荧光发射峰的比值来实现对目标物的检测，能够很好的避免激发光散射、仪器误差以及人工误差等因素的干扰，有利于增加响应范围，提高灵敏度。但是小分子荧光探针的缺陷不容忽视，如易光漂白、背景荧光的干扰等。作为新型的荧光探针材料，上转换纳米材料(UCNPs)是一类长波长吸收、短波长发射的纳米材料，具有许多特殊的优点，如光稳定性高，对生物样品无损伤及强组织穿透能力，适用于生物传感和生物成像等领域。芘荧光团由于具有大的共轭结构，较大的刚性平面，可形成激基缔合物等特点，是常用的荧光分子探针。罗丹明B、荧光素具有较高的量子产率、高的摩尔消光系数、良好的光稳定性、较大的刚性平面结构，它们的螺环结构的开闭控制荧光、吸收、颜色方面的变化，近十多年来被广泛应用于荧光探针领域。本论文中，我们先研究芘荧光团作为小分子探针，在生物检测方面的应用，然后针对小分子荧光探针的缺点，我们通过改变掺杂稀土元素的含量合成不同发射波长的上转换纳米颗粒，并以其为载体，分别与罗丹明B和荧光素连接构建基于发光共振能量转移(LRET)的纳米荧光探针。具体内容如下：1.在第2章中，基于次氯酸可以催化水解酰肼结构，最后形成羧基的原理，我们设计了以芘肼为载体的比例型检测次氯酸(OCl-)的荧光探针DP。该化合物中，利用呫吨结构将两个芘单体固定起来，由于两个芘单体距离足够近形成芘的激基缔合体，探针DP表现为在495nm处有强的宽峰，在375nm处荧光较弱。加入OCl-后，OCl-特异性将苯酰肼氧化为苯酰亚胺并进一步水解，芘缔合体分解为芘甲酸单体，此时，495nm处的荧光减弱同时375nm处荧光增强。经过实验条件的优化，得到探针分子对OCl-离子的线性响应范围为3.0×10-8M到3.0×10-6M，检测下限为0.35μM，并且其它常见阴离子几乎没有干扰。2.在第3章中，我们研究了上转换纳米材料在荧光传感方面的应用，在近红外光激发下，发射短波长的特性，不仅可以消除背景荧光的干扰，而且穿透能力强，对生物组织无损伤。我们通过改变上转换材料的掺杂元素，使得上转换的最高发射峰在515nm，在其表面包裹一层二氧化硅层(SiO2),得到UCNP@SiO2纳米颗粒,同时将罗丹明(RhB)有机小分子上修饰硅烷化试剂，使其能更稳定的包裹在UCNPs@SiO2纳米颗粒上，形成UCNPs@SiO2-RhB复合物，根据发光能量共振转移(LRET)，UCNPs纳米颗粒作为能量供体，RhB作为能量受体，该类探针对Hg2+具有很好的响应，检测限为1.67×10-5M，能量转移效率高达70%。3.在第4章中，我们拓展了第3章的纳米探针，通过改变掺杂上转换材料的稀土元素，使其发射光谱与异硫氰酸荧光素的吸收光谱能很好的匹配，通过LRET机理，在980nm激光激发下发射出荧光素的荧光，构建了UCNPs@SiO2-FITC新型荧光探针，用于生物内pH的检测。UCNPs@SiO2-FITC对pH有很好响应，并能成功的用于细胞内的不同pH的上转换荧光生物成像。