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上轉換納米材料(upconversion nanoparticles, UCNPs)是一類稀土離子摻雜的無機納米材料.由于三價的稀土離子具有的電子能級和長的亞穩態能級，因而其中間亞穩態能級可以連續吸收兩個或多個量的近紅外光子，到達能級的激發態，然后再回到基態發射出一個能量光子，實現上轉換發光過程.上轉換發光是一種非線性發光現象，其本質是反斯托克斯(anti-Stokes)發光，即長波激發(通常是980 nm的紅外光激發)，短波發射.

下轉換過程是將短波長光轉換為長波長的光，的下轉換材料有有機染料和量子點.由于大多數有機染料都會發生光漂白，因此使用染料作為熒光團檢測目標物時會發生信號消失現象，導致檢測失敗.與有機染料相比，量子點摩爾吸光系數大，量子產率，發射峰窄，發射波長可調，光；但是量子點由于含有Cd、Se等元素而具有一定的，因而會對人類健康和造成的危害.此外，下轉換材料一般由紫外、可見光激發，因此生物樣品會產生背景熒光，導致信噪比較低，從而降低檢測靈敏度；而且較能量的激發光也會對生物組織產生光.

與的下轉換材料有機染料、量子點相比，上轉換納米材料有其鮮明的特點.上轉換納米材料由于其近紅外激發的性質，可以地避免生物樣本本身的自發熒光和散射光的干擾，而且能降低紫外或者可見光激發對生物樣品的光，此外，上轉換納米材料還有反斯托克斯位移大、熒光發射峰窄、化學、光等，在生物成像和生物檢測等領域有著的.

上轉換納米材料的發光機理

上轉換發光過程主要來自于稀土離子內4f-4f軌道電子躍遷.在外層的5s和5p電子屏蔽下，稀土離子的4f電子能夠發出尖銳的線狀發射峰，從而能地抗光漂白和光降解^[17].此外，雖然稀土離子內層4f電子躍遷基于量子選擇力學是禁止的，但是局部晶體場誘導混合電子構型的f組態后，4f電子間可以發生弛豫^[18, 19].由于4f-4f電子間躍遷禁止，三價稀土離子通常具有長發光(達毫秒)，因此其激發態能夠連續吸收幾個光子，并且允許激發態離子間發生相互作用，從而發生稀土離子間的能量轉移過程^[17].摻雜稀土離子的這些特點決定了基本的上轉換發光機制，包括激發態吸收、能量轉移上轉換、光子雪崩、協同能量轉移、能量遷移上轉換。

上轉換納米材料的方法

開發組成、晶相、形狀、大小可控的的上轉換納米材料方法，對調節上轉換納米材料的化學、光學性能，以及拓展其在不同領域的應用都關.為止，不同課題組都報道了許多上轉換納米材料的方法，其中的有熱分解法、水熱/溶劑熱法、沉淀/共沉淀法.

上轉換納米材料的修飾方法

的UCNPs水溶性修飾方法，包括配體交換、配體、配體氧化、層層組裝和表面硅烷化

上轉換納米材料檢測DNA的生物傳感器示意圖

上轉換納米材料檢測葡萄糖的傳感原理示意圖

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