碳基量子点作为一种新型荧光纳米材料,尺寸在10 nm以下,由于其独特的光学和化学性质引起了研究者的广泛关注。与传统有机染料和半导体量子点相比,碳基量子点具有大表面积、绿色合成、易于功能化、优良的耐光性、低细胞毒性、良好的生物相容性和水溶性等特性。这些优势使碳基量子点在荧光传感,生物成像,药物传递,光催化和LED装置等方面有广泛的应用前景。目前,虽然制备碳量子点的方法种类繁多,但是多数较复杂,生产率低,量子产率不够高。因此,发展一种简单、经济、绿色环保的方法制备高性能的碳基量子点仍然是目前主要的工作。为此,本论文采用废弃生活物质及简单经济的有机化合物为原材料,通过一步水热法和微波法制备三种新型的碳基量子点,并将其应用于荧光传感、生物成像等方面的应用,具体研究内容如下:1.以废弃物甘蔗渣为原料,通过一步水热法成功制备出水溶性氮掺杂的碳量子点(N-CQDs)。采用透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱仪、荧光分光光度计、傅里叶红外分光光度计、X射线光电子能谱等对N-CQDs的形貌、结构、和光学性质进行表征,所合成的N-CQDs具有良好的水溶性,光学稳定性,抗光漂白性。在350 nm最佳激发波长下,其最大发射波长为440 nm,荧光量子产率为9.5%。基于CTC对N-CQDs荧光有猝灭作用,建立了一种简单、快速检测CTC的新方法。N-CQDs荧光猝灭强度与CTC浓度在0.04-30 μmol/L范围内呈线性关系,检出限为0.01μmol/L。该方法灵敏性高、选择性好,适用于牛奶中CTC的检测。2.以柠檬酸为碳源,三聚氰胺为氮源发展了一种简单、快速、经济的一步水热法合成了氮掺杂的石墨烯量子点(N-GQDs)。采用透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱仪、荧光分光光度计、傅里叶红外分光光度计、X射线光电子能谱等对N-GQDs的形貌、结构和光学性质进行了分析。所制备的N-GQDs具有良好的水溶性,光学稳定性,抗光漂白性,pH耐受性,且量子产率为18%。基于MTC对N-GQDs荧光有猝灭作用,建立了以N-GQDs为荧光探针检测MTC的新方法。该传感器用于检测MTC的其线性范围为0.1-120 μmol/L、检出限为0.02μmol/L。该方法具有高的灵敏性和好的选择性,并成功应用于老鼠血浆中MTC的检测。3.以柠檬酸、乙醇胺、硼酸为原料,采用简单、经济的微波法合成了氮、硼共掺杂的碳量子点(N,B-CQDs)。制备的N,B-CQDs粒径均匀,平均粒径为2.5 nm,在350 nm最佳激发波长下,其最大发射波长为450 nm,呈现发射波长不依赖激发波长的特性。研究表明所合成的N,B-CQDs具有良好的水溶性,光稳定性,抗盐性,pH耐受性,且荧光量子产率高达38.6%。同时进行细胞存活率测试,在N,B-CQDs相当高的浓度(500 μg/mL)下,N,B-CQDs对细胞的毒性仍然很低,具有良好的生物相容性,适用于生物方面的应用。基于以上的优点,制备的N,B-CQDs能作为一种荧光探针应用于人膀胱癌活细胞的多色成像,表明其在生物分析和相关领域有着潜在的应用前景。