近年来,以半导体量子点、碳点为代表的新型荧光纳米材料由于具有优异的荧光性质引起了人们的广泛关注,它们的这类光学性质使其在生物成像,靶向标记和分子检测方面都发挥了重大的作用。目前对于纳米材料的研究主要集中在传统的光学表征方法上面,但是此方法只能得到系综的平均结果,掩盖了纳米材料许多的光学行为,如闪烁等。与传统的宏观表征方法相比,单分子荧光成像技术就具有了它独特的优势,可用来研究荧光纳米材料单颗粒的光学行为及其异质性,有助于纳米材料的荧光发光机理研究及新应用的开发等。本论文以自制的碳点和商品化的半导体量子点(Cd Se/Zn S)为研究对象,利用单分子荧光成像技术系统研究了荧光纳米材料在单粒子层次上的光学性质,探讨了由于纳米材料的颗粒不均匀分布引起的荧光异质性。本研究发现:1)在单粒子层次上,半导体量子点与碳点都具有荧光闪烁现象,但闪烁规律明显不同:半导体量子点的荧光亮度高,闪烁的亮态时间长达100秒,且分布较多;而碳点表现为爆发型的荧光闪烁行为,亮态时间一般小于10秒,暗态时间长达数十分钟。除此之外,单粒子的研究还进一步表明:由于碳点颗粒尺寸的不均匀,单粒子的光谱分布差异较大,对于尺寸分布在4.5纳米左右的碳点而言,在532纳米激光照射下可获得较好的单粒子荧光成像。2)通过拍摄单粒子的荧光图像序列和基于碳点的长暗态闪烁现象,本论文实现了光学衍射区中大量碳点粒子的纳米精度定位,发展了基于荧光闪烁碳点的超分辨成像技术,分辨率可达25纳米,此技术与目前的光活化定位显微镜、随机光学重构显微镜等超分辨成像技术相比,技术要求更为简单。3)利用单个量子点的闪烁行为,本论文实现了溶液中银离子的超灵敏检测,检测限可达10-8 mol/L。这种微弱信号的检测方法无论在无机环境的检测还是医学临床领域均有重要的意义,甚至有可能发展到生物组织、细胞中的金属离子检测。