碳点（CDs）,作为一类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。由于具有良好的光物理性质、优异的水溶性、光稳定性、生物相容性,合成原料来源广泛等优点,荧光碳点已经被广泛应用于荧光传感、生物成像、临床医学诊断等领域。细胞是生物体的结构和功能的基本单位,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,对可视化生理病理学研究,疾病早期诊断、设计靶向递送系统至关重要。本论文着眼于细胞器靶向位点与碳点合成前体之间的关系,采用理性的合成策略构建了具有不同细胞器靶向能力的多色荧光碳点,并探究了它们在细胞成像上的应用,主要分为以下三个章节:内质网靶向碳点的制备及其在细胞和活体斑马鱼粘度监测中的应用。针对内质网靶向荧光碳点较少的问题与开发此类碳点的迫切需求,基于通过增加前体分子的脂溶性改变碳点的细胞器靶向位点的设计理念,以与线粒体靶向碳点为参比,选择具有自身聚合性质的2,4-二羟基苯甲醛,和具有大共轭平面与强脂溶性的1,1,2,3-四甲基-1H-苯并[e]吲哚碘化物作为前体,通过微波辅助法合成了内质网靶向的橙色荧光碳点ER-CDs（λemmax=580 nm）。相比于线粒体靶向碳点,ER-CDs的脂溶性加强,所以ER-CDs的靶向位点从线粒体与核仁转移至内质网,在多种细胞的内质网中与商业探针的共定位系数达到0.90以上。ER-CDs的荧光随着微环境粘度的增加而增强,在甘油中的荧光强度是水中的67倍。ER-CDs具有生物相容性好,快速、免洗成像等优点,本身可以作为一种内质网粘度成像工具,在药物诱导内质网应激仅30 min时通过监测粘度水平识别细胞异常,也可进一步在斑马鱼体内评估粘度水平,有助于内质网相关疾病的超早期诊断。此工作制备内质网靶向且粘度响应的碳点为内质网粘度的监测提供了新的方法,所采用的设计思路也为此类碳点的制备提出了理论指导。线粒体与核仁双靶向的多参数同时响应碳点的制备及其在癌细胞识别中的应用。针对当前细胞器靶向碳点用于识别癌细胞的需求,与单细胞器靶向的碳点识别癌细胞时对比度低及抗干扰能力低的问题,基于通过调控前体分子的化学结构及所带电荷来调控碳点的传感特性及细胞器靶向特性的设计理念,选择具有自身聚合性能的2,4-二羟基苯甲醛和带正电荷的1-乙基2-甲基喹啉碘化物作为前体,通过微波合成法制备了线粒体与核仁双靶向,RNA、粘度和线粒体膜电位三个微环境参数同时响应的黄色荧光碳点CDs,（λmmax=550 nm）。相对于单靶向,双靶向的CDs不仅能够提高癌细胞相对于正常细胞的荧光对比度,而且对于癌细胞的细胞活力变化具有较强的抗干扰能力,在细胞损伤或凋亡的情况下依然能够识别癌细胞。该碳点在多种癌细胞中的荧光强度是正常细胞的6倍,且在癌细胞受损伤后,癌细胞核仁中的荧光强度仍然是正常细胞的4倍,远高于临床诊断阈值“2倍”的标准。此种多功能CDs具有合成简单,荧光稳定性强,对多参数响应灵敏,免洗成像等优点,可以作为一种很有前途的癌症诊断工具。此工作制备的双靶向,多个参数同时响应的碳点为精准识别癌细胞提供了新的方法,所采用的设计思路也为此类碳点的制备提出了理论指导。核仁和脂滴双靶向碳点的制备及其在肝癌细胞识别中的应用。针对当前细胞器靶向碳点用于特异性识别肝癌细胞的需求,与碳点的单波长荧光发射易受激发光及背景荧光影响的问题,基于通过调控前体分子的化学结构及所带电荷来调控碳点的传感特性及细胞器靶向特性的设计理念,在前两章的基础上,选择具有自身聚合性能且带有强供电子基的4-（二甲氨基）水杨醛,和带有正电荷的1,1,2,3-四甲基-1H-苯并[e]吲哚碘化物作为前体,通过一锅溶剂热法制备了具有红蓝双色荧光发射的功能化碳点LD-N-CDs（λemmax610/430 nm）。LD-N-CDs的红色荧光具有很好的粘度响应性,随着粘度的增大而增强,在纯甘油中的荧光强度是在水中的37倍左右;而蓝色荧光具有很好的极性响应性,随着极性的减小而增强,在1,4-二氧六环中的荧光强度是在水中的83倍左右。因此,该碳点在核仁的高粘度环境中呈现红色荧光,而在脂滴的低极性环境中呈现蓝色荧光,与脂滴商业探针的共定位系数达到0.90以上。基于肝癌细胞的脂滴更多,极性更小的特点,经LD-N-CDs孵育的肝癌细胞的脂滴亮度远高于正常细胞和其他癌细胞,而核仁亮度在不同细胞间差异不明显。以核仁的红色荧光强度为参比,碳点被成功地被应用于通过比率荧光（FL430/610 nm）进行高对比度特异性识别肝癌细胞,对比度为4.5倍以上,远高于临床诊断的阈值“2倍”,并且不识别其他癌细胞。LD-N-CDs的双色荧光成像为肝癌诊断提供了一个内参,成功避免了由激发光强度和背景荧光等因素带来的干扰,提高了诊断的准确度。此工作制备的双发射双靶向的碳点为精准识别肝癌细胞提供了新的方法,所采用的设计思路也为此类碳点的制备提出了理论指导。