稀土掺杂无机纳米晶因其高光化学稳定性、几乎无毒性、长荧光寿命和可调谐荧光发射波长等优势，有望成为新一代荧光生物标记材料，应用于超敏生物检测、DNA测序、肿瘤细胞检测和成像等领域。荧光生物标记分析的关键技术在于提高检测灵敏度和信噪比。
在科技部863计划、国家自然科学基金、中科院“百人计划”、福建省杰出青年基金等项目支持下，福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组发展了基于稀土无机纳米晶的时间分辨荧光共振能量传递（TR-FRET）生物标记技术，显著提高了检测灵敏度。该技术利用稀土离子的长荧光寿命特性，通过设置合适的延迟时间和门控时间，有效抑制来自样品及仪器的背景信号干扰，从而大幅提升检测灵敏度和信噪比。
研究小组采用一步水热法直接合成了表面氨基功能化的立方相NaYF4:Ce3+,Tb3+纳米颗粒，成功实现了基于稀土无机纳米晶的TR-FRET高效均相检测，对亲和素蛋白的检测极限为4.8 nM。研究成果即将发表在《德国应用化学》上（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201100303）。同时，该小组还合成了水溶性磁/光双模荧光标记材料GdF3:Ln3+多色发光纳米晶，并实现了对亲和素蛋白的时间分辨光致发光（TRPL）异相检测（Chem. Eur. J., DOI: 10.1002/chem.201101170），其检测极限低至74 pM。该材料有望成为双功能的时间分辨荧光标记和磁共振成像造影剂。
此前，该小组还利用核壳结构实现了Eu3+在单分散、水溶性NaGdF4纳米晶的上转换和下转换双模荧光（Adv. Mater., 2010, 22, 3266）。通过表面修饰可使其具有良好的水溶性和生物相容性，并应用于生物检测和成像，成果入选《激光与光电子学进展》杂志评选的“2010中国光学重要成果”。