碳量子点简称碳点(CDs),以其良好的生物相容性,优越的光电性质等优点得到广泛应用。碳点作为荧光纳米材料家族的一员,其最主要的用途是生物成像分析,然而大部分碳点的量子产率不高,发射波长多在蓝光区,背景干扰大,这些缺陷极大地制约了其在生物成像领域的应用。因此,合成高量子产率和长波长发射的碳点是一种发展趋势。对此,人们围绕碳点开展了许多研究工作,包括制备方法的改进、碳源的筛选、掺杂和化学修饰改性等,这些都不断地提高了碳点的发光性能。本文采用不同的原料合成了具有不同特性的氮掺杂碳点,并将其成功地应用于细胞成像、pH传感及长波长发射体系的构建。具体研究内容包括以下三个方面：(1)以蚕丝为原料水热合成高量子产率的氮掺杂碳点用于细胞成像。为了合成高量子产率的氮掺杂碳点,本文采用含氮量高的天然蛋白质蚕丝为原材料,在碱性条件下,水热法制备氮掺杂碳点。通过高倍透射显微镜对其形貌进行表征,结果表明该碳点粒径分布均匀,平均粒径在5 nm左右。傅里叶变换红外光谱、X射线电子光谱、拉曼光谱等表征结果显示该碳点含有C、N、O元素,且表面富含羟基、羧基、氨基等官能团,这使该碳点具有极好的水溶性。通过紫外可见吸收光谱、荧光光谱表征,发现该碳点具有很好的吸收和发射特性,且荧光量子产率高。此外,该碳点还具有极佳的抗光漂白性及光稳定性,在酸碱、高浓度盐、多数有机溶剂甚至复杂生物样品如人血清中,碳点的荧光强度几乎不发生改变。细胞毒性实验结果也表明该碳点的生物相容性好。同时,以A549细胞为对象,考察了该碳点作为细胞成像试剂的效果,实验结果表明其能充分地点亮细胞。因此,它们可以替代生物毒性较大的量子点和易被光漂白的有机染料作为生物成像试剂。(2)基于双氰胺氮掺杂的高量子产率石墨烯量子点用于定量pH传感。为了合成高量子产率的碳点,拓宽其在生化分析中的应用范围,本文以柠檬酸为碳源,双氰胺(含氮量为66.7%)为氮源,一步水热法合成高量子产率氮掺杂的石墨烯量子点。用高倍透射电镜和原子力显微镜表征其形貌,结果表明该石墨烯量子点具有均匀的粒径分布,平均粒径为2.3 nm,平均高度为0.4-0.7 nm,约一到二层石墨烯的厚度,晶格间距为0.34 nm。通过X射线衍射光谱、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线电子光谱等表征,可知该石墨烯量子点是无定型晶体,有sp2和sp3两种碳且含有C、N、O等元素,表面富含羟基、羧基、氨基等官能团。由荧光光谱及稳定性表征可知,该石墨烯量子点具有很好的发光效率,量子产率为36.5%且在高浓度盐及复杂环境中能稳定存在。细胞毒性实验结果表明该石墨烯量子点具有优异的生物相容性,这对于其在生化分析检测中的应用具有重要意义。此外,该石墨烯量子点具有pH敏感性,在pH 2-9范围内,随着pH增大,其荧光强度增强,且二者有极好的线性关系。将该石墨烯量子点应用于实际水体中的pH的检测,所得实验结果与标准pH计所测结果几乎一致。我们进一步将该石墨烯量子点应用于Hep-2细胞内pH检测,也得到较好的实验结果。因此,该石墨烯量子点可以作为pH探针,应用于实际水体和细胞内的pH检测。(3)基于碳点的荧光共振能量转移构建长波长发射体系及其影响因素研究。为了实现碳点的长波长发射,本文基于碳点与meso-四(对-磺酸苯基)卟啉(TPPS4)之间能量转移,构建了长波长发射体系并探究了二者浓度、pH、盐度、黏度对能量转移效率的影响。实验结果如下：碳点浓度对能量转移效率影响不大,而TPPS4的浓度过大或过小均会使能量转移效率降低;pH的影响较复杂,主要表现在其不仅影响TPPS4的吸收光谱也影响了它自身的荧光光谱,而能量转移效率与两者都有关系；盐度和黏度对能量转移效率的影响是一致的,都是随着盐度或黏度的增大,能量转移效率降低。通过上述研究发现,蚕丝是一种天然蛋白质且具有较高的氮含量,以此为原料合成的碳点具有良好的发光性能,优越的生物相容性,并成功用于细胞成像,此拓宽了合成碳点的原材料范围。以双氰胺和柠檬酸为原料合成的石墨烯量子点具有很好的pH响应范围及线性关系,并成功用于实际水体和细胞内pH的检测,拓宽了碳点的应用范围。此外,制备以上两种碳点的方法均简单,环保,可用于大批量制备。但上述所制备的碳点均存在发射波长过短的现象,为了解决此问题,我们基于碳点和TPPS4之间的能量转移构建了长波长发射体系,并探究了其影响因素,这对干碳点作为供体的能量转移体系的研究具有重要意义。