半导体纳米材料-荧光量子点和传统有机荧光染料相比，具有宽吸收、窄发射、发光波长可调、高荧光强度及抗光漂白等优良的光学性能，这使得它们作为新型荧光探针在生物医学领域中的应用引起了人们的广泛关注。通常而言，量子点可以通过有机相和水相两种方法进行制备。有机相方法虽然发展相对比较成熟，但存在着操作步骤复杂、毒性大、原料成本高等缺点。我们通过发展“程序控制微波辐射”方法，合成了一系列直接水相合成的量子点(CdTe、CdTe/CdS核.壳和CdTe/CdS/ZnS核-壳-壳量子点)。这些量子点具有高荧光量子效率、窄荧光光谱半峰宽、良好的水分散性和荧光稳定性，同时该合成方法操作简便，毒性低且成本也较低。由于理想的生物医学领域的荧光探针必须具备良好的生物相容性，因此本论文在对上述量子点进行初步的生物标记应用的基础上，对它们的细胞生物学效应进行了系统研究，并对其机制进行了探讨。具体的内容如下：　　 1、通过与传统荧光染料光稳定性的比较发现，水相合成的量子点具有比传统荧光染料更好的光稳定性。同时，我们利用该系列量子点对细胞骨架进行了特异性标记以及初步的多色标记研究。　　 2、采用不同类型的细胞系-K562细胞、HEK293细胞和HEK293T细胞，我们对三种不同核壳结构的量子点-CdTe核量子点、CdTe/CdS核-壳型量子点以及CdTe/CdS/ZnS核-壳-壳型量子点的细胞毒性进行了系统研究。我们发现，CdTe量子点对细胞有很强的毒性，猜测可能是因为表面镉离子释放引起的；包被一层CdS后，可以一定程度地降低其毒性；而再包被一层ZnS后，显著地降低了其毒性，在很高浓度及很长作用时间时都不会对细胞造成毒性。这些结果清楚表明，量子点的细胞毒性与其释放的镉离子有着密切的关系，即纳米材料的生物学效应与其化学组成是相关的。同时，我们的结果也展示出，通过对量子点的表面修饰，可以有效地改善它们的生物相容性，我们合成的CdTe/CdS/ZnS核-壳-壳型量子点有望作为荧光探针用于生物标记。　　 3、对CdTe量子点对细胞活性、细胞增殖速率以及细胞周期等的方面的影响进行了研究，发现CdTe量子点不仅可以降低细胞活性，降低细胞增殖速率，同时还可以诱导细胞凋亡。　　 4、在上面的研究基础上，我们对量子点毒性和表面释放的镉离子的关系进行了深入系统的研究，并选择CdCl2溶液作为参照。结果显示，当细胞内含有镉离子的量相同时，CdTe量子点的毒性远远高于CdCl2溶液，表明CdTe量子点的毒性不仅仅来源于释放的镉离子，其作为纳米材料本身而具有的一些特性也对其毒性有明显的影响。一个比较合理的解释是量子点进入细胞后造成了胞内镉离子的不均匀分布，在某些部分的镉离子浓度很高而直接造成了细胞的损伤。