伴随着纳米科技和生物光子学近些年来的迅猛发展,纳米生物光子学逐渐成为当前热门的交叉学科,而在这一学科之中,金属纳米颗粒展示出了独特的优势和巨大的应用潜力。本文的研究对象是一种新型的非对称金属纳米颗粒：金银合金纳米盒。本文将系统地研究这一材料的具体合成过程、表面修饰方法,并用不同飞秒光源来研究其在不同波长下的非线性光学特性,以及这一材料在不同生物模型中的广泛应用。首先,在材料研究方面,本论文介绍了金银合金纳米盒的具体合成方法、详细步骤及其基本光学特性,并描述了在实时监控下对其表面等离子谐振(Localized Surface Polarized Resonance)波长进行大范围精确调节的两种方法。还研究了对金银合金纳米盒进行表面修饰的几种方法,包括CTAB-PSS-PAH包覆、PEG包覆和二氧化硅包覆,并用不同的表征方法如分光光度计、透射电镜、Zeta电位仪等对包覆过程和结果进行了验证。其次,在非线性光学特性方面,本论文研究了金银合金纳米盒在不同波长飞秒光源激发下产生的丰富非线性光学信号,包括二倍频、三倍频、双光子发光、三光子发光等。并进一步分析了二倍频、三倍频的产生过程和表面等离子谐振(LSPR)效应之间的关系,发现LSPR效应能够极大地增强三倍频和二倍频的产生效率；然后,在生物应用方面,本论文以斑马鱼作为生物模型研究了PEG包覆的金银合金纳米盒的生物兼容性,并将纳米银球、纳米银盘和未修饰的金银合金纳米盒作为对比材料一同进行了研究,发现后三种材料都会导致斑马鱼卵发育的死亡率和畸形率大幅上升,而PEG包覆的金银合金纳米盒却并不引起显著负面效应,从而说明了这一材料在生物应用中的良好前景；接下来,本文将金银合金纳米盒实际应用于几种不同生物模型的非线性生物成像。第一种是在波长为1260 nm的飞秒光源激发下,利用谐振波长为630 nm的金银合金纳米盒去标记细胞和老鼠血管,成功实现了细胞形貌和老鼠耳血管的二倍频成像；第二种是结合共聚焦显微镜,研究了金银合金纳米盒在1550 nm飞秒光激发下在生物成像中的应用。首先在细胞成像应用中通过长时间连续扫描验证了这一金属材料的光热效应对细胞健康没有显著影响,然后在肿瘤组织体外成像应用中验证了金银合金纳米盒能够在肿瘤组织中大量累积,为后续肿瘤组织活体成像和治疗打下了基础。接下来利用纳米盒的三光子发光,实现了对老鼠耳血管和深层脑血管的成像；最后利用这一材料的三光子发光研究了其在斑马鱼卵发育过程中的位置分布和变化情况；