随着生物诊断、治疗需求的增长和荧光传感技术的发展，水体系的荧光传感和检测受到了越来越多的关注。目前，荧光传感器的发展从分子水平拓展到了纳米水平。由于体内传感和代谢对荧光传感器尺寸和水兼容性的要求，许多尺寸超小的发光单元如有机发光小分子、量子点、纳米晶等荧光传感材料的合成与设计已经日趋成熟。然而，尽管有机小分子传感器的尺寸很小，但发光亮度和稳定性受到水体系影响较大；量子点虽然发光色纯度较高，但毒性在所难免。因此，为了实现荧光传感器的体内应用，在设计荧光传感材料时，兼顾尺寸与性能十分关键。
与实心粒子相比，介孔SiO2荧光纳米材料不但能进行传感和示踪还可以担载和释放药物，实现材料的多功能化。然而，对于实际应用来说，这类材料仍然面临着尺寸、毒性和水兼容性等挑战。介孔SiO2纳米粒子的制备通常采用表面活性剂、硅烷组装来完成，多数阳离子表面活性剂的毒性是应用的问题之一。对于绝大多数去除表面活性剂的SiO2复合发光材料来说，很难在尺寸上满足应用的需求，大于50 nm的粒子会导致细胞的过敏和中毒，而小于10 nm的粒子又难以在体内停留足够长的时间，易被排出体外。此外，在介观SiO2复合发光粒子的荧光发光和传感性能提高方面，仍有待更深入系统的研究。若要进一步解决体内荧光传感器在实际应用中亮度低、尺寸大和单分散性差等困难，必须在材料的合成与设计方面开创新的思路
SiO2交联的单胶束核-壳纳米粒子（以下简称单胶束SiO2纳米粒子）的制备过程中，采用F127嵌段共聚物作为非离子表面活性剂与硅源前驱体组装，有效地避免了毒性的问题。其较小的尺寸（13 nm）和良好的分散性更有利于实现体内应用。每一个F127胶束在酸性条件下，与硅源前驱体组装，获得了核-壳状SiO2纳米粒子。粒子的外壳由SiO2和亲水的PEO长链构成，内核是疏水的PPO长链，介观内核的直径在10 nm左右，具有较大空间，能够通过内核的疏水作用把有机发光小分子或疏水性药物包裹在内部，形成稳定的胶囊结构，具有良好的生物成像效果。
基于以上优势，盖方圆研究小组利用单胶束SiO2纳米粒子介观内核限域介观内核依赖的分子排列，通过有机发光小分子与单胶束SiO2纳米粒子的组装，实现了单胶束SiO2荧光纳米粒子光物理性质可控调节。主要获得成果如下：
1.成功构建了单胶束SiO2荧光纳米粒子的电子转移能量（如图1），实现了三价铁离子的水体系和细胞体系的高选择性检测。（结果已发表：Journal of Colloid and Interface Science, 2018, 514, 357-363）
2. 通过DFT和TDDFT计算，解释了醛基化三苯胺在单胶束内核中亮度提高和量子产率提高的原因，能够通过氢键的作用启发构建一批单胶束荧光纳米粒子，以实现应用中亮度的提升。（结果已发表：Journal of Colloid and Interface Science, 2018, 519, 224-231）
3.引入逐级荧光共振能量转移体系，实现了单胶束SiO2荧光纳米粒子对半胱氨酸可视化检测（细胞体系），进一步研究了粒子在细胞中的稳定性和检测能力，为疾病在线检测提供可能（图2）。（结果已发表：Journal of Colloid and Interface Science, 2018, 529, 531-537）
