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长余辉纳米发光材料因其独特的光学性能，近年来在生物体内成像、疾病治疗等领域引起广泛关注。然而，目前合成高质量的长余辉纳米材料仍是该领域的一个技术难题。针对目前迫切需要合成具有尺寸分布均匀、超长余辉时间的近红外长余辉纳米晶以及探索其在生物检测的实际需求，本论文采用一种改进的溶剂热法合成了具有超小尺寸、单分散好的近红外发光的三价铬离子掺杂镓酸锌长余辉纳米晶，讨论了它的光学性能和长余辉发光机理，开展了该长余辉纳米晶在生物检测上的应用研究。主要研究结果如下: 1.采用水热法和改进的溶剂热法对ZnGa2O4∶Cr3+长余辉纳米晶的控制合成进行探索。在使用水热法未能获得良好单分散性的长余辉纳米晶的情况下，我们探索了一种改进的溶剂热法，成功合成了单分散好、尺寸均匀的ZnGa2O4∶Cr3+长余辉纳米晶。通过改变不同反应温度等实验条件，合成了不同尺寸大小的长余辉纳米晶，成功实现了纳米晶的平均粒径从4-10 nm范围内的有效调控。 2.利用多种光谱学手段，对所合成的ZnGa2O4∶Cr3+长余辉纳米晶的光致发光和长余辉发光性能进行了系统的研究，证明了从ZnGa2O4基质到Cr3+离子的有效能量传递过程，发现所合成的长余辉纳米晶可以直接使用低能量的白光LED灯进行有效激发并且实现了多次可重复的再激发长余辉发光。通过热释光曲线和长余辉发光动力学分析，揭示该纳米晶材料中的陷阱种类和分布，进一步证明深陷阱相关的隧穿过程是导致该材料可使用低能量白光LED灯进行直接激发并有效再激发的根源，并提出一个理论模型解释了ZnGa2O4∶Cr3+纳米晶的长余辉发光机理。 3.通过酸洗处理对所合成的ZnGa2O4∶Cr3+长余辉纳米晶进行表面改性，获得水溶性的长余辉纳米晶，并在其表面成功偶联上生物素分子。XRD、长余辉衰减曲线等测试结果表明，酸洗前后长余辉纳米晶的物相结构、形貌大小、长余辉发光性能等均没有发生变化。基于生物素-亲和素(biotin-avidin)检测模型，我们报道了利用生物素化的ZnGa2O4∶Cr3+长余辉纳米晶作为发光探针，成功实现对亲和素蛋白的无背景荧光异相生物检测，在尚未优化的实验条件下检测限可达到150 pM。这些结果表明长余辉纳米材料在超灵敏生物检测方面有着广阔的发展前景。