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稀土上轉換發光納米材料(UCNPs)是繼傳統有機染料和半導體量子點之后的第三種新型熒光材料，因其具有光穩定性、化學穩定性高、潛在毒性低、光穿透深度大、無背景光干擾以及對生物組織幾乎無損傷等顯著優點，在生物醫學領域有著廣泛的應用前景。上轉換發光是指吸收兩個或兩個以上低能量光子，發射出一一個高能量光子的現象。

上轉換發光過程主要包括三種發光機制:激發態吸收(ESA)，能量轉移(ET)和光子雪崩(PA) 。UCNPs.的激發光源為近紅外光，有效避免了來自生物組織的背景光干擾，對生物組織兒乎無損傷, 并且會有較深的光穿透深度，因此檢測靈敏度高，適合于體外檢測和體內成像分析1711;由于鑭系稀土離子半徑及化學性質分別相近，在UCNPs基質中摻雜不同離子可以實現多模式生物成像，例如在UCNPs中摻入Gd+，就可以同時進行核磁共振成像(MRI) 和光UCNPs應用于生物醫學領域首先要求其具有良好的水溶性。

表而功能化后的納米粒子還具有其他的功能: (1) 有效避免了UCNPs在生理環境中團聚; (2) 由于外層殼的保護，UCNPs核不會受水溶液中化學物質的影響; (3) 提供了一些與生物分子(如FA、蛋白質、DNA等)相連的功能性基團: (4) UCNPs表面的化學物質還可以影響細胞內的行為，如載藥量、藥物釋放量以及血液循環周期等。

 上轉換納米顆粒材料：

 NaYF4:Gd,Yb,Er/PEI上轉換納米顆粒

Nd~(3+)離子敏化的上轉換納米顆粒

稀土氟化物上轉換發光納米晶體

二氧化硅包裹下轉換發光顆粒

上轉換熒光的GdPO4 納米材料

介孔硅包裹上轉換納米顆粒

二氧化硅包裹上轉換納米顆粒

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾上轉換發光顆粒

Tm@NaYF4上轉換納米顆粒

Ce3+,Yb3+共摻YAG下轉換發光材料

熒光轉換納米材料NaYF4

復合發光材料EuPO4∶Zn@MCM-41

熒光轉換納米材料NaYF4