近年来,荧光传感器以其高灵敏度和快速简便等优点在生物检测领域受到了广泛的关注。基于上转换纳米材料的荧光传感器在生物蛋白检测中表现出独特的优势,如:反斯托克斯位移,窄带发射,光谱易于调节等,最重要的是上转换纳米材料是利用红外光激发,获得可见光发射,红外光不仅仅具有大的组织穿透深度,而且可以有效避免背景荧光,进而提高检测灵敏度。此外,有机荧光传感材料在离子检测领域有着重要的地位,以香豆素衍生物为例,香豆素是一类优异的荧光分子,它们具有良好的平面扩大的π-π共轭体系,表现出优良的光学性质,以其为基础的探针分子具有大斯托克斯位移,高荧光量子产率,优异的光稳定性等优点,在有机发光材料领域是研究热点之一。本论文首先利用上转换纳米材料近红外激发的优点,结合银纳米颗粒与肿瘤标志物抗原抗体结合方式的优点,设计了卵巢癌肿瘤标志物CA-125传感器,利用一步合成法,获得了NaYF₄:Yb/Tm-聚醚酰亚胺（PEI）上转换纳米晶,通过其表面的氨基实现了肿瘤标志物抗体修饰,然后利用银纳米颗粒来标记CA-125肿瘤标志物,利用CA-125连接上转换纳米晶和银纳米颗粒,本工作的重要创新点在于:银纳米颗粒的等离子共振吸收光谱与上转换纳米晶的发射光谱具有很好的重叠,而且实现了很高的吸收效率,由于肿瘤标志物为中心的夹心结构可以是二者的距离小于10 nm,从而实现了高效了能量传递作用,我们通过荧光信号变化实现了肿瘤标志物的高灵敏度检测,检测灵敏度达到120 pg/ml。其次,我们探索了基于香豆素荧光团的铁离子探针。目前,因为有机荧光小分子探针以其优异分子设计功能,可以实现不同离子的高选择性,成为离子检测的主要研究方向。而其荧光团主要是疏水性稠环结构,降低离子探针的水溶性,因此如何提高分子水溶性的是有机探针分子设计的关键问题。本论文从提高分子探针水溶性为出发点,采用“内部疏水,外部亲水”的设计理念,引入疏水的苯环结构作为内核,连接内部疏水外部亲水的香豆素探针分子,实现低聚物的高水溶性,通过分子设计进而实现了大幅度提升了铁离子的检测下限,达到皮摩尔/升（pM）水平。本工作中,我们通过大量实验探索了分子亲水部分与疏水部分的分子比重,明晰了提升水溶性的分子设计规律。由于水溶性的大幅度提升,进一步提高了生物相容性,低聚物探针分子成功实现了细胞水平的铁离子检测,检测下限达到9 pM,而且,该探针分子可以实现太阳光激发下的裸眼检测,检测下限达到50μM。本论文通过设计基于上转换纳米材料和香豆素低聚物小分子的生物探针,探索了肿瘤标志物的检测新方法,同时大幅度降低了铁离子的检测下限,不论在基础研究方面还是在实际应用领域都具有重要意义。