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稀土发光纳米材料作为新一代探针在生物成像中的应用越来越广泛,但有关它们在生物体内的代谢和分布的研究还很少,而这些数据对于它们的安全性评估至关重要。现在常通过对生物组织中的稀土离子含量进行ICP-AES分析来研究其代谢分布,此方法过程繁琐且不直观。另一方面,为了进一步提高生物发光成像中的穿透深度和分辨率,还需要提高发光效率、优化激发和发射波长以减少生物组织对光的吸收和散射。针对以上问题,本论文开展了以下几个部分的工作：1、153Sm3+/Yb3+/Tm3+共掺杂的多功能NaLuF4纳米材料用于UCL和SPECT双模式生物成像153Sm是稀土元素里常用的放射性核素,它的物理半衰期是46.3小时,衰变后辐射出中等能量的β射线和γ射线,因此,适用于长期的SPECT成像和长期的生物分布研究。我们采用一步水热法直接合成了水溶性的153Sm3+、Yb3+和Tm3+共掺杂的NaLuF4纳米材料,将其应用于上转换发光(UCL)和单光子发射型计算机断层(SPECT)双模式活体成像。通过gamma计数器定量分析了此纳米粒子在小鼠体内的分布。对注射了材料7天后的小鼠进行组织切片和血清生化分析后,发现此材料在生物体内没有明显的毒性。2、Nd3+掺杂的稀土纳米材料用于活体的近红外(NIRⅠ和NIRⅡ)发光成像我们合成了能在890 nm和1060 nm具有双发射峰的Nd3+掺杂的稀土发光纳米材料,将其应用于小动物的NIRⅠ和NIRⅡ两个近红外光学窗口的活体成像。通过体外实验和体内成像,对比研究了在730 nm或808 nm激发下,NIR与NIRⅡ收集信号时的成像效果,发现在808 nm激发的条件下,NIRⅡ成像效果最好。采用对1000-1400 nm处光子更加灵敏的InGaAs CCD作为检测器,在808 nm激发下,NIRⅡ成像还能看到小鼠四肢和头部的细微血管。3、Gd(OH)3纳米棒在材料生物体内的长期分布和毒性研究Gd(OH)3是一种优良的磁共振造影剂,且可能易于在酸性的溶酶体中被分解而排出体外,但对于它在生物体内的长期分布和代谢的研究比较少。基于这些问题,我们将微量的153Sm3+掺杂到Gd(OH)3纳米棒中,利用SPECT成像直观地研究了此纳米棒在小鼠体内的分布,并通过gamma计数器定量检测了此纳米棒在小鼠各个器官和组织中的含量。此外,对尾静脉注射了100mg/kg的此纳米棒的小鼠的活体毒性研究中,在长达150天的观察期内未发现明显的毒性。