由于半导体纳米晶(量子点)具有窄的并且波长随粒子大小可调的荧光发射峰、连续的吸收光谱以及稳定且高亮度的荧光发射等优异性能,越来越引发研究者的兴趣。大多数由化学法合成的高质量胶体量子点,多采用羧酸、胺或磷氧等带有长烷基链的化合物作为表面配体,通过空间位阻作用力来实现在有机溶剂的稳定。量子点的一个重要应用是用于生物体系,但其前提必须是水溶性的量子点。原有的油溶性量子点通过相转移的方法可以转变为水溶性,主要途径有采用特定的水溶性分子通过配体交换法取代原有量子点表面的油溶性配体,或是在量子点表面通过交联反应包裹水溶性的氧化硅壳层,或是采用双亲聚合物形成胶束进行包裹。虽然在各种各样的纳米晶体系中,通过配体交换反应来对纳米晶表面进行修饰已经得到了很大的发展,但是仍没有发现一种能够普遍使用并且非常高效的方法。本研究的主要目的是基于配体交换途径来制备高质量的水溶性量子点。主要工作概括如下：(1)双功能多齿配体修饰的水溶性量子点设计并合成了一种多齿的聚合物配体,用来制备水溶性的荧光量子点。多齿配体(PAA-g-MEA)是以线性聚合物聚丙烯酸(PAA)为骨架,通过羧基和氨基之间的酰胺化反应,在聚合物链上接枝巯基乙胺(MEA),成功地引入了多个巯基。将PAA-g-MEA配体取代油溶性量子点的原有的油溶性表面配体,即可获得PAA-g-MEA包覆的水溶性量子点。该水溶性的量子点具有相对较小的水合粒径(12.9nm),并且拥有较高的荧光量子产率(甚至超过了原油相量子点)。同时,该量子点的稳定性很好,在较宽的pH值(3-14)环境、高浓度盐溶液(几乎饱和的NaCl溶液)、以及高温煮沸条件下都表现出了相当好的稳定性。(2)双组分多齿配体修饰的水溶性量子点采用简便易行的方法,合成了端基为多巯基的聚丙烯酸衍生物(PTMP-PAA)和聚乙二醇(PEG)衍生物(mPEG-DHLA),它们均可以通过配体交换法制备水溶性量子点。只采用PTMP-PAA作为交换配体,在高离子强度下不够稳定,并且存在严重非特异性吸附；而只采用mPEG-DHLA作为交换配体,其稳定性主要依靠表面配体间的空间位阻,长时间存放时不够稳定,并且表面不存在可以进一步生物功能化的基团。单一组分存在着不可避免的缺点,因此将两种配体按照一定的比例混合,共同修饰水溶性的量子点。PEG片段为量子点提供水溶性和生物相容性,羧酸基团也能够提供水溶性,并且可用来连接生物分子。采用该途径获得的量子点,水合粒径小、荧光量子产率比较高。此外,量子点可以在宽的pH值(2-13)环境、较高浓度盐溶液(1M)、多种生物缓冲溶液以及高温煮沸条件下表现出较好的稳定性。(3)核苷酸修饰的高性能水溶性量子点采用单磷酸核苷或核苷,通过相转移法制备水溶性纳米晶,该方法被证实为一种普遍适用的简单方法,并且可以实现纳米晶的可逆相转换。这种相转移方法广泛适用于化学方法合成的纳米结构的材料,包括具有不同尺寸和形貌的半导体、金属氧化物和贵金属等。采用单磷酸腺苷(AMP)包裹的量子点可以分散在水相或醇相,并且保持原有的高荧光量子产率。AMP包裹的量子点具有小的水合粒径(7.1nm)。单磷酸腺苷上带有多个水溶性基团,并含有多个可以与量子点表面进行配位的基团,所以AMP包裹的量子点表现出了不随环境pH值和离子强度改变的胶体稳定性与荧光亮度稳定性。更为重要的是,核苷酸或核苷包裹的水溶性量子点,由于表面配位基团的结合能力较弱,可以采用疏水性的配体再次进行修饰而变为非水溶性,即可以实现量子点在有机相与水相之间的完全可逆的相转换。采用生物分子核苷酸修饰的水溶性量子点,由于具有良好的生物相容性、小的水合粒径以及高的荧光性能,将有希望应用于长时间的生物成像(如原位追踪)、多通道标记、高识别的免疫检测分析、活体示踪等方面。