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稀土掺杂无机纳米晶由于其高光化学稳定性、生物兼容性、长荧光寿命和可调谐荧光发射波长等优点，有望成为替代分子探针的新一代荧光生物标记材料。目前国内外对稀土纳米荧光标记材料的研究大都局限在NaYF4等稀土掺杂氟化物纳米晶，对于具有良好生物相容性的超小（<10 nm）无机氧化物基纳米荧光标记材料的制备一直是一个技术难题。稀土掺杂氧化物纳米晶由于具有刚性的晶体场环境和高的晶格结合能，往往呈现出比氟化物纳米晶更优异的光、热和化学稳定性，预期在超敏生物检测、DNA测序、癌症检测和靶向生物成像等领域有着广阔的应用前景。
在科技部863计划、国家自然科学基金和中科院“百人计划”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和结构化学国家重点实验室黄明东研究小组合作，采用改进的非水溶剂热和配体交换相结合的方法，合成了具有良好生物相容性的~5 nm四方相ZrO2:Tb纳米晶。该纳米晶经表面修饰后作为时间分辨荧光共振能量传递（TR-FRET）生物探针，可以实现对生物分子如亲和素蛋白的高灵敏检测，检测限可低至3 nM，为目前已报道的稀土纳米晶TR-FRET探针中最低记录。
进一步地，利用纳米颗粒表面生物偶联上对肿瘤标志物尿激酶受体（uPAR）有特异性识别作用的尿激酶胺端片段（ATF）分子，研究人员成功实现了其在人体肺腺癌细胞的靶向荧光成像。相关研究成果近期以全文形式发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc., 2012, DOI: 10.1021/ja306066a）。美国化学会《化学化工新闻》杂志在其网站上以Tiny, Brightly Glowing Nanoparticles Could Detect Disease Biomarkers为题，进行了专门的新闻报道和评述（Chemical & Engineering News, Vol.90, Issue 37, September 10, 2012）。
陈学元研究小组此前采用一步溶剂热法直接合成了表面氨基功能化的立方相KGdF4纳米颗粒，首次提出了基于KGdF4:Ln3+纳米颗粒而实现的光磁多模生物标记方法（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 1323）；与新加坡国立大学刘小钢小组合作，利用核壳结构和基质Gd3+的能量迁移，发现一种全新的纳米颗粒能量迁移上转换机制（Nature Mater., 10, 968, 2011)；此外，该小组在其它稀土发光材料领域亦取得重要进展，如对稀土掺杂KLaF4纳米荧光标记材料和YPO4量子裁剪材料光谱学的研究论文，分别被选为Nanoscale封面论文（Nanoscale, 2012, 4, 4485）和Phy. Chem. Chem. Phys.内封面论文（Phys. Chem. Chem. Phys., 2012，14, 6974）。