生物透过窗口（Biological Transmission Windows,BTW）发光纳米材料具有背景信号低,组织穿透深度大,成像分辨率高等优势,因此在生物成像、生物传感等医学光学领域具有极大的应用潜力,并且近年来已经在材料组成、光学设计、应用领域取得了部分进展。例如开发的上下转换纳米颗粒、金银纳米棒及团簇、纳米硅球,由于具有生物窗口内的多波段发光、偏振荧光等特性,在多光谱成像、多模成像及温度传感引起了广泛关注。在本文中,我们开发了两种新型生物窗口发光纳米材料并展示其在生物成像和温度传感领域的应用的潜力。1.提出了可水解CaS:Eu²⁺长余辉材料,与其他生物窗口长余辉材料相比,它具有自我水解能力,从而可以避免因在生物体内长期积累而导致不良的影响。CaS:Eu²⁺长余辉材料发射峰大致位于650 nm处,该波段位于第一生物窗口（650-950 nm）,因此具有良好的生物穿透能力。为了直接验证CaS:Eu²⁺水解特性,我们使用了商用CaS:Eu²⁺,证明了其在水溶液中可以完全水解,由于水解过程中对CaS基质造成不可逆的破坏,当浓度为0.3 mg/ml的CaS:Eu²⁺水溶液在暴露时间超过12个小时后其余辉和荧光将会消失。更重要的是,CaS:Eu²⁺表现出独特的pH响应行为,在酸性环境中,CaS:Eu²⁺的水解被加速,这种现象在现有的无机发光材料中很少见。为了满足在生物应用中对纳米尺寸的要求,通过高温共沉淀法制备了分散均匀、形貌规则,颗粒大小均匀CaS:Eu²⁺纳米颗粒,其纳米尺寸为30 nm左右。通过退火处理改善其光学特性,通过光学特性的分析,CaS:Eu²⁺纳米颗粒可以在可见光或者紫外光下激发,并且余辉衰减（在650nm处监测）的时间至少30分钟以上。因此,可水解CaS:Eu²⁺纳米颗粒在生物成像应用中具有巨大潜力。2.利用溶胶-凝胶法制备了Ca₂Al₂SiO₇:Cr⁴⁺纳米颗粒。Ca₂Al₂SiO₇:Cr⁴⁺纳米颗粒展示了较大的斯托克斯位移,可以在第一生物窗口内激发,其近红外发射可以覆盖1100-1500 nm光谱范围。因此,根据所开发的双生物窗口的纳米材料展示了其对近红外深度组织成像的适用性。在此基础上通过细胞毒性实验证明了Ca₂Al₂SiO₇:Cr⁴⁺纳米颗粒的生物相容性和较低的细胞毒性。Ca₂Al₂SiO₇:Cr⁴⁺纳米颗粒的另一个有趣的光学性质是温度诱导的粒子群重新分布和温度诱导的光谱偏移。这些独特的光学-温度的线性关系使得Cr⁴⁺掺杂的铝硅酸盐具有作为生物窗口纳米温度计的潜力,最大相对热灵敏度为0.61%℃^-1,优于目前大多数材料。Ca₂Al₂SiO₇:Cr⁴⁺纳米颗粒本质上是允许在一个探头内实现多模的热感应,以达到不同的光学响应。利用过渡金属活化的发光纳米颗粒作为纳米温度计在生物组织的温度测量的应用,这些发现可以拓展出广阔的应用前景。