稀土上转换发光纳米材料(UCNPs)是继传统有机染料和半导体量子点之后的第三种新型荧光材料，因其具有光稳定性、化学稳定性高、潜在毒性低、光穿透深度大、无背景光干扰以及对生物组织几乎无损伤等显著优点，在生物医学领域有着广泛的应用前景。上转换发光是指吸收两个或两个以上低能量光子，发射出一一个高能量光子的现象。

上转换发光过程主要包括三种发光机制:激发态吸收(ESA)，能量转移(ET)和光子雪崩(PA) 。UCNPs.的激发光源为近红外光，有效避免了来自生物组织的背景光干扰，对生物组织儿乎无损伤, 并且会有较深的光穿透深度，因此检测灵敏度高，适合于体外检测和体内成像分析1711;由于镧系稀土离子半径及化学性质分别相近，在UCNPs基质中掺杂不同离子可以实现多模式生物成像，例如在UCNPs中掺入Gd+，就可以同时进行核磁共振成像(MRI) 和光UCNPs应用于生物医学领域首先要求其具有良好的水溶性。

表而功能化后的纳米粒子还具有其他的功能: (1) 有效避免了UCNPs在生理环境中团聚; (2) 由于外层壳的保护，UCNPs核不会受水溶液中化学物质的影响; (3) 提供了一些与生物分子(如FA、蛋白质、DNA等)相连的功能性基团: (4) UCNPs表面的化学物质还可以影响细胞内的行为，如载药量、药物释放量以及血液循环周期等。

 上转换纳米颗粒材料：

 NaYF4:Gd,Yb,Er/PEI上转换纳米颗粒

Nd~(3+)离子敏化的上转换纳米颗粒

稀土氟化物上转换发光纳米晶体

二氧化硅包裹下转换发光颗粒

上转换荧光的GdPO4 纳米材料

介孔硅包裹上转换纳米颗粒

二氧化硅包裹上转换纳米颗粒

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰上转换发光颗粒

Tm@NaYF4上转换纳米颗粒

Ce3+,Yb3+共掺YAG下转换发光材料

荧光转换纳米材料NaYF4

复合发光材料EuPO4∶Zn@MCM-41

荧光转换纳米材料NaYF4