近年来,各类公共卫生问题严重威胁着人们的健康。对疾病相关的生物标志物的检测能够为及时发现和应对这些问题提供重要的参考。纳米光学生物探针作为一种强有力的分析检测工具,受到了人们的广泛青睐。随着对准确性、灵敏度和线性范围等临床检测需求的持续上升,开发准确、灵敏和宽线性范围的纳米光学生物探针具有重要的现实意义。源自无机材料指纹区的红外吸收表现出了良好的稳定性和抗环境干扰能力,以此为输出信号构建纳米红外吸收生物探针,在生物标志物检测中独具优势。然而,相关研究仍非常有限,探针材料的合理设计与性能提升,是推进其临床实用化的关键。为此,本论文以二氧化硅的红外指纹吸收为基础,构建了Fe3O4聚集体@SiO2红外吸收探针,在外加磁场辅助下,突破了界面阻力对检测灵敏度和速度的限制。通过与苝复合,开创性地设计了荧光-红外吸收双读出探针,通过双信号间的相互验证和互补提升了检测准确性和灵敏度。此外,将二氧化硅与碳量子点复合,进一步提升了探针的灵敏度并拓宽了检测范围。最后,利用上转换纳米粒子代替碳量子点,在保证探针灵敏度的前提下进一步降低了背景荧光对结果准确性的干扰。本论文为新型纳米光学生物探针的开发和信号整合提供了新的思路。主要的研究内容如下:（1）针对低灵敏度制约红外吸收探针的临床应用这一关键问题,制备了Fe3O4聚集体@SiO2红外吸收纳米探针。以SiO2结构中Si-O-Si键反对称伸缩振动的横向-纵向光学声子模式的红外指纹吸收作为输出信号,对待测物进行了检测。与Fe3O4纳米粒子相比,以Fe3O4聚集体为磁芯不仅提高了探针的磁响应能力还保证了结构的可控性。探针在外加磁场的辅助下克服了界面阻力的限制,将检测灵敏度提升了两个数量级至95 fM（152 pg/mL）,将分析时间从2小时缩短至1分钟。该红外吸收纳米探针的分析性能远超商用ELISA试剂盒,并实现了对真实血清样品的超灵敏分析。（2）为了进一步提升纳米光学探针的检测灵敏度和准确性,制备了苝酰亚胺的硅烷衍生物（PDI）/SiO2纳米探针,首次实现了荧光-红外吸收的双信号整合。通过PDI与正硅酸乙酯协同水解,将PDI共价偶联至SiO2的网络结构中,避免了染料团聚和泄露造成的荧光猝灭,将荧光稳定性提升了22.1%。通过PDI的荧光发射和SiO2的红外指纹吸收双读出信号间的相互验证和互补,提高了检测灵敏度和准确性,灵敏度高达274.6 fg/mL,检测范围拓宽至100 ng/mL–500 fg/mL。（3）为了进一步提升双读出信号探针的检测灵敏度并拓宽检测范围,制备了碳量子点@SiO2纳米探针。二氧化硅壳层不仅提供了红外吸收作为读出信号,还通过表面钝化作用增强了碳量子点的荧光发射性能,使检测灵敏度提升至794.6 ag/mL(约10-10g/mL)。同时,通过荧光和红外吸收信号间的互补,实现了跨越9个数量级（200 ng/mL–1 fg/mL）的超宽范围蛋白检测。（4）为了进一步消除背景荧光对双读出信号探针的不利影响,将近红外光激发的NaYF4:Yb3+,Er3+上转换纳米粒子与二氧化硅复合,构建了上转换发光-红外吸收探针。二氧化硅的包覆屏蔽了检测液中高频振动基团对上转换发光的影响,提升了探针的上转换发光性能。通过调节作为微乳液反应体系中固体表面活性剂的上转换纳米粒子的量,实现了对探针的长径比和光学性能的精确调控,最高可使探针的荧光发射性能提升近5倍。上转换发光-红外吸收纳米探针的检测灵敏度为52.5 fg/mL,检测范围为200 ng/mL–200 fg/mL。采用近红外光代替紫外-可见光作为激发光,消除了背景荧光的干扰,进一步提升了检测准确性。