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作为自然界中最丰富的元素之一,碳元素已被广泛应用于大量纳米材料中。碳点作为一类粒径小于10 nm的零维类球形碳基纳米材料,因具有良好的水溶性、光学稳定性、低毒性、生物相容性等诸多优势,已被用于能源催化、分析检测、生物标记、纳米医药等领域的应用研究。但是,目前碳点发光仍以蓝光为主,存在着荧光颜色单一,在长波区发光较弱等不足。在其生物应用领域,多数碳点对生物成像不具有靶向性,在抑菌应用方面,具体的抑菌作用机理还不明确。因此,本文围绕可调多色发光碳点的制备及生物应用开展研究,成功制备出了三种可调多色发光的碳点,并将其用于体外细胞成像及抑菌作用研究。由此,本文开展了以下三项研究工作:1.三种可调多色发光碳点的制备及分析。以天然蜂蜜为来源,经透析纯化得到了天然的蜂蜜基碳纳米点(HCDs),荧光量子产率为8.3%,经调节激发波长,可得到覆盖整个可见光区的荧光发光。以芒果皮为碳源,磷酸溶液为介质,采用微波辅助法一步合成出了氮磷共掺杂的碳量子点(N,P-CQDs),荧光量子产率为14.3%,当激发波长在330 nm到470 nm范围内调节时,可得到蓝光到红光区范围内的荧光。以邻苯二胺和2,3,5,6-四氟对苯二甲酸为碳源,无水乙醇为溶剂,采用一步水热法制备得了氮氟共掺杂的碳量子点(N,F-CQDs),荧光量子产率为29.6%,当激发波长从340 nm逐渐增加至500 nm时,发射光谱可覆盖整个可见光区。通过透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见分光光谱、荧光光谱和Zeta电位等一系列表征,对三种碳点的粒径尺寸、形貌结构特征、元素组成、电位变化及光学性质等进行了表征分析。与多数蓝色发光的碳点相比较,证明了其具有优良的可调多色发光性能。通过对比,对元素掺杂产生的影响、发光机理、结构模型等方面进行了初步分析讨论。2.三种碳点的细胞多色成像应用研究。将三种可调多色发光碳点用于U-2OS细胞、HT-29细胞和HeLa细胞的体外细胞成像研究。采用标准MTT法证明了三种碳点均具有较小的体外细胞毒性。通过激光共聚焦成像分析,证明了三种碳点具有良好的可调多色发光性能、生物相容性与光稳定性。研究发现HCDs、N,P-CQDs能分布于细胞的大多数部位,属于非选择性荧光标记。而N,F-CQDs能针对HeLa细胞的某些特定蛋白位点进行标记而不通过细胞核膜。说明三种碳点均适用于活细胞的细胞成像,且N,F-CQDs对HeLa细胞的细胞骨架具有靶向标记性能。3.N,P-CQDs和N,F-CQDs的抑菌作用及机理研究。以E.coli和S.aureus分别作为革兰氏阴性细菌及革兰氏阳性细菌实验模型,经生长曲线测定、平板涂布活菌计数证明了两种带负电荷的N,P-CQDs和N,F-CQDs均具有较好的抑菌活性。通过扫描电镜、激光共聚焦成像来观察碳点与菌体的结合作用,最后通过RTPCR测定菌株相关基因的表达,证明了两种碳量子点对E.coli主要通过抑制其RNA聚合酶的表达、抑制菌体的碳代谢及糖转化,抑制细胞分裂,阻碍其无性二分裂繁殖,阻碍细菌生长代谢来起到抑菌作用。对于S.aureus,主要通过抑制其细胞膜及生物膜的形成、抑制群体感应系统及DNA复制和细胞分裂,从而达到阻碍毒力因子表达,破坏侵染行为,促使细胞裂解。