中文摘要：

21世纪是生命科学的时代，一切生物学的关键都必须基本单元-细胞中寻找，对细胞形貌结构和功能性活动探测就显得尤为重要。在本项目中，我们将引入新颖的光学纳米材料对人体细胞（健康细胞和疾病细胞）进行形貌上的结构成像和生理功能上的功能性成像。上转换发光材料是一种近红外光激发下发射可见光的性能稳定生物兼容性好的纳米颗粒；量子点是大小10nm以下其中电子和空穴被量子限域具有分离能级的"人造原子"，受激后具有会产生电子-空穴，对外界电压敏感；碳纳米管作为一维纳米材料具有很好的导电性能，能够有利地提高量子点和细胞膜中载流子的迁移效率。通过化学生物实验，我们将对这些材料进行包覆、修饰然后用来标记细胞，进行形貌结构成像和各种生理活动所致细胞膜表面静止电位变化的功能性成像，做到细胞诊断和生理活动检测。

结论摘要：

通过本次项目，我们取得了一系列的研究成功，特别是在上转换纳米材料生物成像、量子点生物成像以及金银纳米颗粒等方面取得了不错的实验结果。具体主要有基于稀土掺杂的纳米上转换荧光材料的生物成像技术具有零背景噪声的巨大优势，应用前景非常大。但现有的成像技术具有成像深度低、严重加热样品等缺陷，严重阻碍了该技术的进一步发展和未来的临床应用。詹求强和钱骏等人首次提出了全新的激发模式（915 nm）来替代现有的激发模式（980 nm），这一创新本质克服了该成像技术所存在的缺陷。文章通过大量的理论建模、计算和实验研究充分地证明了915 nm的激发模式可以实现深度成像，并且没有明显的对样品加热的负作用。作者们合成了荧光增强的Tm3+/Er3+/Ho3+ 掺杂的纳米材料NaYbF4，并对其进行了表面修饰和抗体生物连接，在915 nm激光的激发下成功地实现了乳腺癌细胞的成像和老鼠活体成像。该成果具有非常好的创新意义，势必对上转换成像技术进一步发展产生深远的影响。我们还利用水热法合成了Gd 掺杂的具有上转换发光特性的NaYF4:Gd/Yb/Er 纳米棒, 对材料的 形貌、晶体类型和光致发光光谱进行了分析. 采用化学方法在上转换发光纳米棒表面修饰了聚 乙二醇分子, 使油溶性的NaYF4:Gd/Yb/Er 纳米棒转化成了水溶性纳米材料, 实现了离体细胞的上转换发光成像。另外，利用倏逝波激发和高灵敏CCD采集信号，可以实现超快速、高纵向分辨的宽场成像和细胞膜局域性成像，为UCNPs与细胞膜相互作用的研究和快速成像提供强有力的技术手段。在世界上第一个提出该方法用于UCNPs成像，同时这也是对多光子TIRFM成像的一个很好拓展。金银合金三角纳米盒的表面等离子体共振效应使其可以利用在SERS成像利用。用金银合金三角纳米盒为基底制备的SERS探针具有很好的稳定性和生物兼容性，在活体皮下组织的拉曼光谱探测中有很好的应用。 金银合金三角纳米盒的空心结构使其可以用于直接存放药物分子，而不用在颗粒表面连接任何聚合物。在飞秒激光的激发下，金银合金三角纳米盒的热效应使其能够消融从而释放了内部的药物，为其在生物载药领域的应用提供了广阔前景。另外，我们也申请了两项专利，为绿色简便的上转换纳米材料合成和修饰提供了有力的技术支持与参考。