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本论文主要研究了稀土掺杂NaYF4纳米荧光标记材料的光谱学及其在生物标记方面的应用，研究内容如下：
(1)采用溶剂热法和水热法，分别制备出了立方相NaYF4：Eu3+纳米晶和亚微米晶，并系统研究了NaYF4：Eu3+的低温发光性能。在10 K下，根据氙灯激发得到的Eu3+离子高分辨激发和发射谱指认出了48个晶体场能级。同时利用Eu3+作为灵敏的光谱学探针，对其掺杂位置的对称性进行了研究，观察到Eu3+的光谱跃迁谱线不符合Y3+的结晶学格点位置对称性Oh。由于立方相NaYF4是一种阳离子无序分布的晶体，通过对Eu3+的精细光谱进行分析可推断出Y3+的局域结构位置对称性为Cs或C2，C1。对晶体场能级进行拟合得到了较小的均方根误差，为21.9cm-1。
(2)通过高温共沉淀法和溶剂热法，分别合成了六方相NaYF4：Yb/Er纳米晶和亚微米晶，并对其常温和低温发光性能进行了系统研究，光谱分析以及荧光动力学结果表明颗粒尺寸及稀土掺杂浓度对其发光强度以及荧光寿命有较大影响。根据低温高分辨激发和发射谱指认出了六方相NaYF4中掺杂Er3+离子的72个晶体场能级，在Cs对称性下，对这些能级进行拟合得到较小的均方根误差，为9.8 cm-1。
(3)利用配体交换法，对通过高温共沉淀法合成的表面包覆油酸的稀土掺杂NaYF4纳米晶进行表面修饰，使其表面包覆上聚丙烯酸或磷酸乙醇胺后改善其水溶性，同时修饰上可用于生物连接的官能团(如羧基，氨基等)。通过这些官能团，纳米颗粒可以连接生物素。在生物素-亲和素蛋白模型体系中，结合时间分辨荧光(TRPL)技术，进行了亲和素蛋白的异相检测，检测极限为0.15 nM。
(4)使用磷酸乙醇胺作为表面活性剂，通过简单一步溶剂热法制备出了水溶性且表面氨基功能化的稀土掺杂NaYF4纳米晶，通过其表面的自由氨基，纳米晶能够直接与生物分子如生物素进行连接，应用于生物检测。在生物素-亲和素蛋白模型体系中，利用NaYF4：Ce/Tb纳米晶作为荧光探针，采用时间分辨荧光共振能量传递(TR-FRET)技术，进行了亲和素蛋白的均相检测，检测极限为4.8 nM。