碳点(CDs),作为新兴的荧光纳米材料,自2004年首次发现以来,受到人们越来越多的关注。由于碳点具有良好的光物理性质、优异的水溶性、光稳定性、可忽略的细胞毒性、表面易修饰和来源广泛等优点,已经被广泛应用于生物成像、荧光传感、医学、药学、电池、纳米材料和环境检测等领域。细胞器在细胞中起特定而不可或缺的作用,细胞器的选择性成像可以反映细胞的结构和功能特征,对揭示生物学基础、设计靶向递送系统以及筛选治疗药物至关重要。该论文着眼于生物成像的应用,构建了具有不同细胞器靶向能力的荧光碳点,主要分为以下三个方面:线粒体膜电位响应碳点的制备及细胞活力评估。基于2,4-二羟基苯甲醛的自身聚合性能和1,2,3,3-四甲基-3H-吲哚碘化物的线粒体靶向特性,以上述两种物质为碳源通过微波合成法制备了线粒体靶向的功能化碳点。该碳点能够响应线粒体膜电位的变化并反映细胞活力。在线粒体膜电位高的健康活细胞中,碳点能够选择性地靶向线粒体;在线粒体膜电位降低的凋亡细胞中,碳点靶向溶酶体;在线粒体膜电位消失的死细胞中,碳点靶向细胞核。碳点的三种不同时空细胞器分布性能(线粒体/溶酶体/细胞核)使其成功用于羰基氰化氯苯腙(CCCP)、双氧水和自噬所引起的细胞活力变化的评估。本研究设计出首个可以区分不同细胞状态的碳点,所获结果为功能性碳点的设计构建以及细胞状态的监测提供了重要的参考和依据。溶酶体极性粘度双响应碳点的制备及癌细胞识别。基于逆合成原理和2-羟甲基-5-氨基苯基硼酸的氨基和吸电子基团,酒石酸的羧基和供电子基团,以及两者之间的Friedel-Crafts反应,通过一步水热法合成了溶酶体靶向的功能化碳点。由于碳点表面的分子内电荷转移(ICT)效应,碳点对极性和粘度敏感,通过荧光强度的差异来识别癌细胞,达到区分癌细胞和正常细胞的目的。该碳点的逆合成设计策略为功能化碳点的构建提供了平台,其细胞学应用为癌症诊断提供了依据。核仁靶向碳点的制备及RNA响应分析。基于2,4-二羟基苯甲醛的自身聚合性能和2,3-二甲基苯并噻唑碘化物的核仁靶向特性,我们通过微波合成法制备了核仁靶向的功能化碳点。碳点存在阳离子苯并噻唑鎓基团,实现了与RNA之间“turn-on”的荧光信号,具有出色的RNA选择性和良好的线性关系。碳点的粒径较小且具有极性敏感的特性,使其在细胞成像中能够靶向富含RNA的核仁,实现细胞内快速、免洗的核仁成像。该碳点为阐明RNA动力学与基本生物学过程提供了强大的工具,在可视化筛选RNA抗癌药物和药效学评估方面具有宝贵的应用价值。