食品、药品安全是关系国计民生的重大问题，近年来一些假冒伪劣产品事件给人民群众的身体健康带来了危害，同时也给社会造成了一定的经济损失，如三聚氰胺参假的三鹿奶粉事件、“苏丹红”事件以及问题疫苗事件等。这些假冒伪劣产品事件要求对食品、药品进行有效的质量监控和真伪辨别。同时，随着人们生活质量的提高和环境气候的恶劣变化，如心血管疾病、癌症等重大慢性疾病对人类健康产生的危害日益加大。人们需要一种低成本、小型化、操作简单的诊断设备或方法来帮助他们完成疾病的日常监控与防范。荧光纳米材料的开发与研究有望同时解决上述两个重大问题。
传统的荧光纳米材料（如有机染料、量子点等）都是由高能量光激发而发出更低能量的光，它们在实际应用中存在或多或少的限制。有机染料存在不稳定性，易发生氧化还原反应，需要避光低温保存，故很少应用到防伪与低成本的诊断中。量子点有很好的光学特性，相对更稳定，但是其成分中含有重金属离子而具有毒性，故限制了它的实际应用。而新型上转换荧光纳米材料具有低荧光背景、低毒性和高光稳定性，吸引了国内外大量科学家进行研究。本论文以上转换荧光纳米材料为研究对象，设计合成了多色荧光增强的核壳结构上转换纳米颗粒，并探索了基于金纳米棒的表面等离子共振对上转换荧光的增强作用与机理；开发了基于荧光增强的多色上转换纳米颗粒的喷墨打印机用上转换荧光墨水，并设计打印出具有高信息存储量、高防伪性能的荧光三维码，将该荧光三维码打印在胶囊表面，可实现药物的追踪和防伪；进一步还开发了上转换荧光侧流层析试纸和基于智能手机的读取仪，整套系统尺寸小、重量轻，可实现半小时内对两个标志物的快速检测，并将其成功应用于心衰患者的家庭预后，其检测灵敏度比临床阈值高一个数量级，检测结果与临床检测方法有很好的相关性。
本论文的主要结论如下：
1）我们成功制备了多色上转换荧光纳米材料，并通过核壳结构的包裹有效弱化了核心表面激活离子的钝化效应，从而提高了上转换荧光的强度。通过精确调控金纳米棒与UCNPs之间的距离并调控金纳米棒的表面等离子体吸收峰，得到了对上转换荧光增强最优的间隔距离和表面等离子吸收峰。
2）我们配置了适用于喷墨打印机的上转换荧光墨水，并对墨水的动力粘度和表面张力进行了优化。实现具有高防伪性能的上下双重转换的防伪图案打印。通过打印RGB三原色上转换荧光墨水，制备出具有更高信息量和更强防伪性能的3D　QR码，并将其用于药物追踪和防伪。为了方便用户识别，基于智能手机的解码应用软件也被开发出来。
3）我们开发了基于荧光增强UCNPs　的侧流层析试纸检测平台，该平台集成了基于双色UCNPs的LFS和基于智能手机的便携式读取器。该检测平台可以在半小时内完成对两种血液临床指标的高灵敏度检测，并成功应用于心衰病人的预后，使其可以在家中实时监控自己病情。
本论文的主要创新点：1.　系统地探索了金纳米棒表面等离子共振对上转换荧光的增强作用；2.　首次配置出用于喷墨打印机的上转换荧光墨水，并开发出高防伪性能和高信息存储量的荧光三维码，用于药物防伪；3.　开发了高灵敏度的上转换荧光侧流层析试纸及基于智能手机的读取仪与手机分析软件，该检测系统被成功用于临床心衰病人的双目标物检测。综上所述，基于上转换荧光纳米材料的新型防伪技术具有毒性低、伪造难、信息存储量大等特点，而其体外诊断系统则具有灵敏度高、检测快速、易携带等特点，这些优点使这两项技术有望为解决国家食品、药品防伪和重大慢性疾病诊断和监控提供有效的技术支持和储备。