碳点(carbon dots,CDs),是一种新型的荧光纳米材料,由于其具有良好的生物相容性、优异的荧光性能、合成材料廉价、合成方法便捷等优点,在生物成像、化学检测、分子生物学等领域都有着优越的应用前景。利用绿色材料以及不同的发光机理合成多色荧光、高量子产率的CDs,以满足生物标记、化学传感、纳米材料诊疗等领域多模态、多功能应用的要求,是目前CDs的理论和实验方面亟待解决的问题。本论文主要包含以下四个方面的工作。1、以鸡蛋蛋清粉为碳源,利用磷酸水热法制备氮氧磷多元素掺杂碳点(N,O,P-CDs),通过优化反应温度、时间、用量获得了最佳的制备条件。利用透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、荧光光谱等手段对N,O,P-CDs结构组成、光学性质进行了表征。TEM与AFM结果表明N,O,P-CDs的粒径在3 nm左右,晶格间距为0.21 nm。光谱学数据表明N,O,P-CDs的荧光位于蓝光波段,吸收峰在310 nm,荧光最大发射波长会随着激发波长的增大而红移。所制备的N,O,P-CDs具有良好的pH以及离子稳定性,储存80天后,荧光强度增至初始的105%,在不同pH条件下,CDs荧光强度保持了72%以上。XPS表明所得的CDs掺杂了NOP三种元素,与未掺杂CDs相比,N,O,P-CDs的石墨化程度增加,表面氨基羧基磷酸基团增加,量子产率从未掺杂的6.7%提高至11.2%,亲水基团的增加提升了CDs的水溶性。使用不同激发光,N,O,P-CDs能实现不同颜色标记细胞成像。2、利用所制备的N,O,P-CDs与卵白蛋白(OVA)抗体偶联,制备了N,O,P-CDs免疫荧光探针,基于N,O,P-CDs与氧化石墨烯(GO)间的荧光共振能量转移作用,建立了一种快速、灵敏的检测OVA的方法。对偶联及检测条件进行了优化,最优偶联条件为抗体2.5μg、EDC/NHS1.2μg,最佳检测条件为反应时间1h、温度37℃、pH 7.0。在最佳的条件下建立定量的检测OVA的线性范围为0.5-15μg/mL,最低检测限为0.153μg/mL。具有高效、快速和灵敏等优势。对合成样品及实际样品的检测结果表明所建立的方法可用于实际检测。3、以没食子酸与邻苯二胺为原料,乙醇为溶剂,合成了全色CDs。经过硅胶柱层析分离纯化,得到了蓝、绿、黄、红四色CDs纯品,并利用TEM、AFM、XPS、拉曼、荧光光谱等手段对CDs的组成结构、光学性质进行了表征。结构数据表明四种CDs的粒径、厚度分布于2-3 nm,形状近似球形,粒径未随荧光红移而发生变化,石墨化程度逐渐降低。对CDs的元素分析结果表明CDs由C、N、O元素构成,CDs的荧光受C=N、C=O、-COOH等表面基团的调控与C=C键的π=π*跃迁以及C=N键、C=O键的n-π*跃迁有关,300-500 nm处的吸收峰呈红移趋势。全色CDs(蓝、绿、黄、红)最大发射波长分别为463 nm、524 nm、555 nm、604 nm,不具备激发波长依赖性,含有多个荧光发射中心,量子产率分别为11.2%,7.8%10.5%,3.3%。所制备的CDs浓度小于50μg/mL时,无细胞毒性。具有紫外光以及离子稳定性,经100W紫外灯照射100 min,荧光强度维持在80%以上。4以邻苯二甲酸氢钾、邻苯二胺和高碘酸钾为原料,水为溶剂,以邻苯二甲酸氢钾、邻苯二胺和高碘酸钾为原料,水为溶剂,基于量子限域效应,水热合成了多彩石墨烯量子点(Graphene quantum dots,GQDs)。经过硅胶柱层析分离纯化得到了蓝绿黄橙四色GQDs的纯品。利用TEM、AFM、XPS、拉曼光谱、荧光光谱等手段对GQDs结构组成、光学性质等进行了表征。元素分析表明GQDs由C、N、O三种元素构成。结构数据表明GQDs的粒径随发射波长的红移而增大,厚度为1-2nm,D带G带比小于0.3,具有极高的石墨化程度,其发光机制受量子限域效应调控。光谱数据表明分离所得到的CDs的最大发射波长分别为420 nm、500 nm、540 nm、555 nm,量子产率分别为9.7%,8.8%,9.3%,10.3%。四种GQDs浓度小于50μg/mL时,无细胞毒性。具有较好的紫外光以及离子稳定性,经100W紫外灯照射100 min,荧光强度维持在80%以上。