超分辨荧光成像技术因其能够突破光学衍射极限的限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度而获得了诺贝尔化学奖。但是，传统的超分辨荧光显微镜需要极为复杂的光学系统来突破衍射极限，通常伴随着明显的光毒性和低时间分辨率，昂贵的造价以及日益复杂的操作限制了其在生物医学领域中的推广应用。因此，全球各大研究团队都在积极寻求具有近红外、高亮度和抗光漂白的替代荧光探针，并通过改善成像装置与算法，进一步拓展超分辨显微技术的应用范围。稀土元素纳米材料由于其独特而优异的物理化学特性，如显著的反斯托克斯光谱位移、无背景噪声、抗光漂白、光稳定性、低毒性和高成像穿透能力等，持续受到化学、物理学和材料学领域的广泛关注，是近期兴起的一种稳定性优异的无机荧光探针。本文首先简要介绍了上转换纳米颗粒的发光机制，然后讨论了纳米结构材料中实现光子上转换的主要限制。此外还介绍了镧系元素掺杂上转换纳米粒子在超分辨生物成像、分子检测等领域的应用，以及介绍了包括降低激光功率要求和耦合技术难度、提高激光直扫成像分辨率与速度、提高多路复用成像效率等应用技术优势。最后重点介绍了颗粒合成方面的主要挑战、可行的改进措施以及对未来发展的展望，为稀土纳米材料在生命科学成像领域的推广应用提供有力的理论基础与技术支撑。

选择刚性有机化合物4-硝基氮氧化吡啶-2-甲酸(POA)作为配体，与稀土金属 La(III)、Pr(III)反应，合成了2个一维配位聚合物。X射线单晶衍射结果表明：配合物1的分子式为{［La(POA)3H2O］·CH3OH}n，属于单斜晶系，空间群是P21/c。该晶胞参数分别为a=1.756 8 nm，b=0.663 6 nm，c=2.048 6 nm，α=90°，β=96.96°，γ=90°,V=2.370 7 nm3，Mr=738.28。配合物2的分子式为{［Pr(POA)3H2O］·H2O}n，属于单斜晶系，空间群是P21/c。该晶胞参数分别为a=1.757 8 nm，b=0.656 9 nm，c=2.046 7 nm，α=90°，β=97.20°，γ=90°,V=2.344 8 nm3，Mr=726.25。两个配合物的配位单元组成和结构相似，中心离子都处于稍变形的三帽三棱柱的配位环境中。通过红外光谱、紫外光谱、热重分析仪和荧光光谱仪对两个配合物的性质进行表征。荧光分析表明，配体和配合物均有较强的荧光性能。

稀土金属-有机框架是一种由稀土金属离子或稀土金属簇与有机桥联配体通过配位作用组装形成的新型无机-有机多孔材料。由于其高配位数和独特的稀土金属离子 (Ln3+)的光学特性赋予稀土金属-有机框架以丰富的分子构筑单元以及高的荧光量子效率。总结了稀土金属 -有机框架的昀新研究成果, 介绍了稀土金属 -有机框架在温度传感、小分子传感、气体传感等光子学领域的应用。另外, 还介绍了包括稀土金属 -有机框架的设计思路和可控制备方法, 以及有机染料等在稀土金属 -有机框架孔道中的组装和稀土金属离子在金属-有机框架材料孔道中的组装, 并对今后的发展方向和应用前景进行了展望。

二维材料可用于制备原子层级超薄电子和光电子器件，引起了人们极大的兴趣。通过掺杂可以有效调控二维材料的物理和化学特性，对于其应用意义重大。本文综述了掺杂型二维材料的发光性能研究进展，介绍了经典二维材料发光特性，总结了过渡金属离子以及镧系离子掺杂的二维材料光学性能及其发光原理，并对基于发光离子掺杂二维材料的超薄光学器件应用和发展进行了总结和展望。

与可见光和近红外一区光相比, 生物组织对近红外二区光具有更低的散射和自体荧光, 因此, 近红外二区荧光成像技术可以实现高灵敏度、高分辨率和高信噪比的成像, 在肿瘤诊断、小分子体内检测、生物传感和免疫分析等领域展示出了广泛的应用前景。在众多的近红外二区荧光纳米材料中, 稀土发光纳米材料因具有化学稳定性和光稳定性好、发射带窄、发光颜色和寿命可调等优点受到研究人员的关注。基于此, 本文以稀土发光纳米材料的发光机理和设计合成为出发点, 系统地综述了这类纳米材料在近红外二区荧光成像方面的最新研究进展, 并对其亟需解决的问题及未来的发展趋势进行了展望。