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近年来,伴随着纳米技术的快速发展,一系列具有特殊物理化学性质的功能纳米材料被开发出来,为构建多功能光学纳米复合体系用于生物传感、生物成像及疾病诊疗提供了契机。其中量子点、金纳米颗粒、石墨烯等因为具有独特的光学性能、易功能化修饰及良好的生物相容性等特点,在荧光检测、光学成像、诊断治疗等方面得到广泛的研究与应用。同时,气体分子治疗作为疾病治疗的新型方法,尚处于起步阶段,在智能响应、可控释放、特异靶向等方面仍存在诸多关键科学问题亟待解决。基于此,本文利用量子点、金属纳米颗粒以及石墨烯的特殊光学特性,结合二硫代氨基甲酸衍生物的热解性能,发展新型光学纳米生物传感技术和成像方法,并拓展纳米材料在H2S气体分子治疗方面的初步研究。本文开展了以下几个方面的研究工作:一、基于量子点-荧光染料荧光共振能量转移（FRET）纳米胶束的血清蛋白阵列传感研究采用不同的表面活性剂和聚合物同时包被荧光量子点和Texasred-DHPE染料,构建了七种差异响应的FRET纳米胶束,成功实现了五种血清蛋白的阵列区分和检测。首先分别采用聚甲基丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钠-马来酸共聚物、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚烯丙基胺盐酸盐四种聚合物和十二烷基磺酸钠、十二烷基肌氨酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵四种表面活性剂,基于自组装方法制备了七种不同的纳米胶束,将FRET探针（量子点和Texasred-DHPE）同步包被于纳米胶束中。进一步选择免疫球蛋白、人血清白蛋白、α-抗胰蛋白酶、纤维蛋白原、运铁蛋白五种血清蛋白与七种纳米胶束相互作用,构建了 7X5的阵列图谱,基于差异性荧光响应以及线性判别分析处理,成功实现了五种血清蛋白的图谱区分。电镜、动态光散射等结果表明,七种纳米胶束存在结构性能差异,在目标血清蛋白的竞争结合下,发生了结构变化和解组装,释放出染料分子而引起FRET信号的差异响应。基于量子点阵列图谱的血清检测方法具有简单、快速、高通量的特点;此外,该方法也成功应用于蛋白浓度未知情况下的血清蛋白区分。本工作为量子点传感和生物检测提供了一种新的传感模式。二、基于量子点-亚甲基蓝FRET纳米胶束的近红外生物成像研究将FRET探针对（量子点供体,亚甲基蓝受体）同时包裹于十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的纳米胶束中,发展了具有长斯托克位移的近红外荧光纳米探针,实现了细胞与活体水平的高信背比荧光成像。首先采用微乳液的方法,将荧光发射波长为605 nm的CdSe/ZnS疏水性量子点与亚甲基蓝同时包被于CTAB纳米胶束。结果表明该胶束尺寸约为6.8 nm,具有良好的胶体稳定性;在紫外光连续光照5 h后,荧光强度和峰位没有明显的变化,表现较高的光稳定性。该体系基于量子点与亚甲基蓝的FRET效应,最大FRET效率达到82.2%,斯托克位移扩大到约202 nm。进一步应用于细胞与活体成像,信背比显著提高。该工作发展了基于量子点纳米颗粒的长斯托克位移的近红外荧光纳米探针,为近红外活体成像提供了有力工具。三、二硫代氨基甲酸盐介导的金纳米颗粒仿生合成及其细胞拉曼成像应用研究基于氨基酸衍生化的二硫代氨基甲酸盐的热解效应,实现了不同氨基酸生物修饰的金颗粒的仿生合成,并成功应用于细胞水平的表面增强拉曼成像。首先采用甘氨酸、谷氨酸和组氨酸三种氨基酸与CS2反应分别制备了三种不同的二硫代氨基甲酸盐。该盐在高温下分解生成H2S等小分子,作为还原剂将氯金酸还原,成功制备了金纳米颗粒。金纳米颗粒具有良好的胶体稳定性和优异的生物相容性;此外,该金纳米颗粒具有表面增强拉曼效应,对罗丹明的拉曼增强因子高达9.8×105。应用于细胞拉曼成像时,在1363 cm-1和1509 cm-1处体现较强的拉曼增强信号。该工作提供了一种简单快速、效率高、绿色的金颗粒仿生合成途径,在生物医学和生物传感领域中表现出较大的应用前景。四、包载二硫代氨基甲酸盐和金银合金颗粒的聚合物微米球用于H2S的光热产生及其细胞应用研究本章构建了包被有H2S供体（甘氨酸的二硫代氨基甲酸盐,Gly-DTC）和近红外光热金银合金（Au@Au/AgNPs）的聚合物微米颗粒,基于微米颗粒H2S的光热产生,实现了细胞的H2S信号响应。首先,基于自组装的方法同步将Gly-DTC和Au@Au/AgNPs纳米颗粒包被于聚合物微米球中。聚合物微米球尺寸为13.6±3.5μm,具有良好的近红外光热性能;在780 nm的近红外光照下,聚合物微米球中的Au@Au/AgNPs的光热效应诱导Gly-DTC热降解并产生H2S,荧光方法测得H2S的产生量为68.1 μM。进一步将聚合物微米球与细胞共培育,聚合微米球同样具有近红外光响应特性,荧光成像表明光热产生的H2S可传递到CEM细胞中,实现了对细胞的气体刺激以及H2S浓度的调控。本工作发展了远程、无创、实时的近红外光照产生H2S的新方法,为研究智能调控细胞内H2S水平提供了新思路。五、二硫代氨基甲酸盐-还原氧化石墨烯复合物的H2S光热产生及细胞内自由基清除研究本章构建了近红外刺激响应的纳米复合体系,基于纳米颗粒的H2S光热产生效应,有效抑制了细胞内的活性氧（ROS）产生和H2O2的损伤作用。采用聚乙烯亚胺合成聚乙烯亚胺的二硫代氨基甲酸盐衍生物（H2S供体,PEI-DTC）,并基于静电作用吸附在还原氧化石墨烯（RGO）表面,制备得到PEI-DTC/RGO纳米复合物。结果表明该纳米复合物具有近红外光刺激响应特性,有良好的光热转换性能,可光热产生H2S,荧光法测得产生H2S的高达到66.7 μM。进一步将其与HeLa细胞作用,发现该纳米复合物在细胞内同样具有近红外光热产生H2S特性,并有效降低细胞内的ROS和Caspase3水平,其中Caspase3表达量降低了 24.8%,避免了细胞由H2O2所引起的损伤,抑制了细胞凋亡。该工作提供了一种简便、廉价、高效的H2S供体聚合物制备方法,提供了新的细胞内ROS和H2O2清除途径,为细胞抗氧化研究提供重要参考,该纳米复合物有望应用于气体分子治疗等研究领域。