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近十年来，超小碳纳米粒子(UCNPs)因具有许多独特的物理化学性质，在生物医学等领域引起了广泛的关注。目前，研究者可以制备各种不同功能的UCNPs，但合成方法仍存在制备繁琐、荧光量子产率低等问题;其生物医学应用研究大多局限于荧光性质。本硕士论文通过优化实验条件制备出具有较高光热转换能力的PEG化超小碳纳米粒子（PEGylated UCNPs，PUCNPs），并成功用于体外肿瘤细胞的光热治疗。为了更彻底地清除肿瘤，本工作进一步在UCNPs上负载抗癌药物阿霉素(Dox)，在较低激光功率下成功实现体外光热和化疗联合治疗。在此基础上，针对UCNPs合成中存在的操作复杂、荧光量子产率低等问题，本工作以尿素为原料、聚乙二醇为稳定剂在丙三醇中高温热解制备了高荧光量子产率的氮掺杂超小碳纳米粒子(PEGylated N-doped UCNPs，PNUCNPs)并成功用于细胞成像。 本硕士论文主要研究内容包括以下两部分: 1.采用混酸氧化法制备出具有高效光热转换能力的PUCNPs并成功将其应用于体外肿瘤的光热疗。研究表明，PUCNPs细胞毒性低，与细胞孵育24 h内可以有效地在细胞内富集，在808 nm激光照射下可以有效杀灭癌细胞。随后将UCNPs与Dox共组装构建光热和化疗联合治疗体系(UCNPs/Dox@SiO2)。研究表明该体系具有pH和近红外光响应的可控药物释放，在实现光热疗的同时促进药物的释放，显著增强化疗的效果。 2.采用高温热解法以尿素为原料合成PNUCNPs并成功将其用于HeLa细胞的荧光标记。研究表明，PNUCNPs是具有均一尺寸的准球形颗粒，荧光量子产率达12％，具有良好的水溶性和生物相容性，与细胞孵育后可以有效地在细胞内富集，通过403 nm激光照射发出绿色荧光，可以很好地用于HeLa细胞的荧光标记。 本论文在超小碳纳米粒子的合成与应用方面开展了相关研究，一是通过简便的方法制备出用于细胞成像的高荧光量子产率的PNUCNPs，二是合成具有高效光热转换能力的PUCNPs并成功用于体外肿瘤细胞的光热疗和光热疗化疗联合治疗。本论文为制各性能更优越的超小碳纳米粒子和开拓更广泛的生物医学应用提供了新的思路。