G-四链体为富含G碱基的核酸序列通过Hoogsteen氢键形成的特殊核酸二级结构。G-四链体广泛存在于人类基因组DNA及RNA中,在基因的稳定性、基因转录和翻译水平的表达调控、基因重组等生命过程中起着至关重要的作用。端粒DNA是一段富含G重复序列TTAGGG的DNA片段,能够在一定条件下形成G-四链体,影响端粒酶活性,抑制癌细胞分裂。因此,原位检测G-四链体对于生物学基础研究和癌症早期诊断及治疗都具有重要的意义。碳量子点,简称碳点(CD),作为一种新型的荧光碳纳米材料,由于其具有良好的生物相容性、低毒性和易于生物功能化修饰的特点,被广泛地应用于生物医学工程研究领域,实现了生物传感、细胞成像分析和作为载体进行药物运输等。本文制备了荧光碳点并实现了其生物功能化,并以生物功能化碳点为纳米载体,进一步装载高特异性G-四链体探针分子,构建了超结构荧光探针,实现了对G-四链体高选择性的检测和细胞内G-四链体的原位荧光成像分析。论文的主要研究内容如下:1.多色荧光碳点的可控制备。基于水热法,通过调节不同碳源和掺杂剂合成出了蓝色、绿色和红色荧光发射的碳点,并对其荧光性质和尺寸进行了表征。2.荧光碳点的生物功能化。荧光碳点的生物功能化通过(1)表面羧基化、(2)通过EDC/NHS反应同时修饰聚乙二醇(PEG)和细胞核定位肽(TAT)、(3)通过酯化反应在PEG末端修饰叶酸(FA)三步完成。PEG修饰可提高碳点的生物相容性,FA修饰赋予碳点被癌细胞摄取的能力,TAT修饰实现碳点透膜和细胞核靶向功能。3.碳点超结构探针用于端粒DNA G-四链体检测。选取G-四链体特异性探针分子如酞菁化锌(ZnPc),通过π-π堆积作用装载至碳点表面,制得超结构探针:TAT-CD@ZnPc-PEG-FA。该超结构探针实现了对于G-四链体高选择性的荧光检测:碳点荧光为内标,ZnPc荧光为报告信号。计算得到ZnPc与telo的解离常数K_d为115 nM。4.碳点超结构探针用于细胞内G-四链体原位成像。将超结构探针与HeLa细胞培养,实现了细胞内G-四链体的高分辨原位荧光成像,并且通过超结构探针对G-四链体的响应实现了对细胞不同时期的监测。