与传统荧光材料相比，上转换荧光纳米粒子（UCNPs）具有化学稳定性好、毒性低、无背景荧光、信噪比高等优点，因此在生物标记领域具有独特的优势。β-NaYF4:Yb,Er是目前已知的发光效率最高的近红外激发、可见光区发射的上转换荧光纳米材料之一，在生命分析及生物成像分析领域展现出了广阔前景。然而，利用现有工艺制备的产品往往在水溶液中分散性差，限制了其在生物标记及检测方面的广泛应用。本文采用基于聚丙烯酸的配体交换反应，对表面包覆油酸基团的β-NaYF4:Yb,Er纳米粒子进行了有效的表面修饰。表面修饰后，上转换荧光纳米粒子表面的聚丙烯酸具有众多游离的羧基，使其在水溶液中具有良好的分散性，同时通过化学交联反应，可将带有氨基的生物分子结合到纳米粒子表面。基于此，本文以β-NaYF4:Yb,Er纳米粒子为荧光探针，构建了一种灵敏的生物传感器。通过监测免疫反应体系的上转换荧光强度和对免疫复合物进行成像分析，实现了对羊抗人IgG的高灵敏度分析，可检测到低至0.1ng/mL的靶分子。基于荧光淬灭的激活式荧光探针检测方法灵敏度高，但是由于缺乏能够有效淬灭上转换荧光的物质，限制了这种分析模式在上转换荧光检测方面的应用，本文首次提出使用氧化石墨烯（Graphene，GO）有效淬灭上转换荧光，构建了一种高灵敏度的生物检测平台。同时，我们也在直接制备羧基功能化、水溶性好，生物兼容性强的β-NaYF4:Yb,Er的合成工艺方面进行了初步探索,所合成的材料水溶性好，并成功应用于HeLa细胞成像研究。本文结果表明聚丙烯酸修饰的β-NaYF4:Yb,Er上转换荧光纳米粒子可作为生命分析及生物成像分析中的理想探针。