石墨烯量子点(GQDs)是石墨烯和量子点结合的一种新型纳米材料,作为零维碳纳米材料,由于明显的量子限域和边缘效应,GQDs已显示出许多独特的物理和化学性质。GQDs在高比表面积,高抗光漂白/光稳定性,优异的生物相容性和低毒性等方面具有优势。由于这些原因,GQDs己经被应用于各种领域,如生物成像、传感、药物传递、催化剂和光电子领域等。在目前制备的两大类方法中,自上而下法缺乏对产品的形态和尺寸分布的精确控制,而且有时需要特殊的仪器来操作,而自下而上法是通过热解或碳化有机小分子或小分子芳香结构来实现的,可以很好地控制最终产品的性能。本研究首次以热解柠檬酸钠的自下而上法制备出具有蓝色荧光的超小尺寸的单层GQDs,并对其物理化学以及生物相容性等方面性质进行考察,并根据其优异的化学稳定性、光稳定性以及低细胞毒性将其应用于细胞成像和比率型荧光探针的构建。论文共分为四章第一章:绪论对GQDs的制备方法进行概述;对GQDs的大小、尺寸、光学、电化学等性能进行概述;对GQDs在生物医学、物理电学、环境科学等领域的应用做了归纳。第二章:石墨烯量子点的制备,表征及其在细胞成像中的应用石墨烯量子点的制备方法对其性能具有明显的影响。本章采用热解柠檬酸钠使其碳化的自下而上法制备GQDs,并通过UV、FL、荧光寿命、量子产率、FTIR、XRD、XPS以及化学分析对GQDs光学、结构以及稳定性进行分析,通过HRTEM、TEM、AFM对其大小、尺寸和形态进行表征分析。结果表明,该制备方法简单便捷,能最大限度保证GQDs的单一性,且所得到的GQDs的平均粒径和高度分别为1.3 ±0.5 nm和0.6 nm,为具有超小尺寸的单层石墨烯结构。将其应用于活细胞成像,结果表明,其对细胞质和细胞核均成像稳定,且辨识度高。证明所制备的GQDs具有良好的化学稳定性,光稳定性和低细胞毒性。第三章:基于GQDs-BSA-AuNCs比率型荧光探针的建立并应用于汞离子检测石墨烯量子点与金纳米簇表现出良好的共激发荧光特性。本章通过将GQDs与BSA-AuNCs简单混合构建了新型的比率型荧光探针,用于汞离子的检测,在2.5～30 μmol/L范围内汞离子与响应比值呈良好的线性关系(R2=0.9949),LOD=50 nmol/L(3σ),RSD=0.52%(Hg2+浓度为 20μmol/L,n=6)。最终通过对为处理的自来水和过滤后的湖水样品的加标回收率实验,结果显示对自来水低、中、高三个浓度加标回收率分别为98.18%、104.07%、97.16%,湖水的加标结果为99.51%、98.33%、97.08%,表明GQDs-BSA-AuNCs探针应用于实际的可施行性和准确性。事实证明了这种新型比率型荧光探针,增加了内置的校正体系,不受外界仪器电压、测试背景的干扰,增加了探针的稳定性以及应用范围。第四章:基于GQDs-BSA/MPA-AuNCs比率型荧光探针的构建并应用于过氧化氢和葡萄糖的检测为验证石墨烯量子点能应用于多种共激发体系的比率型荧光探针。本章通过GQDs与BSA/MPA-AuNCs的简单混合构建了一个新型的比率型荧光探针,用于H2O2和葡萄糖的检测。实验结果显示,对于过氧化氢的检测,在1～18 μmol/L范围内过氧化氢与响应信号比值呈良好的线性关系(R2=0.9949),LOD=4.90 nmol/L(3σ),RSD=1.09%(H2O2浓度为 10 μmol/L,n=6)。对葡萄糖的检测在1-15 μmol/L范围内葡萄糖的浓度与响应信号比呈良好的线性关系(R2=0.9948),LOD=29.12 nmol/L(3σ),RSD=0.33%(葡萄糖浓度为 8 μmol/L,n=10)。进一步通过对实际血清样品的加标回收率实验以及与标准的HRP-TMB方法对比,结果显示,对血清低、中、高三个浓度的加标回收率分别为102.63%、106.16%、101.91%,与标准方法对比结果显示,对不同的血清样品两种检测方法的相对误差在-0.51%～4.25%范围内,两个实验结果都表明GQDs-BSA/MPA-AuNCs探针应用于实际的可施行性和准确性。因此可以推广到只要有一种物质与GQDs为共激发,就能够通过构建比率型的荧光探针体系,提高检测体系的稳定性和准确性。