近年来,碳点（Carbon Dots,CDs）以其优越的光电性质、良好的生物相容性而成为碳材料家族中的明星材料,并在分析传感、细胞成像和能源催化等领域展现出了巨大的应用潜力。然而,目前报道的大部分碳点存在量子产率偏低、发射波长较短、难以进行修饰等缺点,使其在许多方向如药物分析、生物成像、载药诊疗中的进一步应用面临挑战。基于此,本文从碳源的筛选和碳点的制备出发,通过成功合成光学性质优良的杂原子掺杂的碳点,充分探讨其发光机理、生物相容性,并最终将其用于药物检测与细胞成像。由此,开展了以下三个方面的研究工作:1.微波法合成硫、氮掺杂的荧光碳点用于药物四环素的检测。本文,以柠檬酸（CA）为碳源,谷胱甘肽（GSH）为氮源（N）和硫源（S）,一步微波法合成了荧光量子产率高达46.9%的碳点。通过表征碳点的形貌和结构,探讨了碳点的形成过程与发光机理,并充分考察了碳点的理化性质。结果表明,该碳点的激发波长不依赖发射波长,且具有生物相容性好、抗盐和抗光漂白等优点,可作为性质优良的荧光探针用于分析检测。更重要的是,碳点的激发波长与药物分子四环素的吸收波长几乎完全重叠,同时四环素具有较大的摩尔吸光系数,因此可基于内滤效应（IFE）实现对四环素高选择性高灵敏度的检测。碳点的荧光强度变化值（F₀/F）与四环素的浓度呈良好线性关系,线性范围为2μM-150μM,检测限为0.52μM。最后,将该碳点负载于静电纺丝中,对固相中的四环素进行了识别,具有良好的选择性。相比于其他基于光诱导电子转移（PET）或者荧光共振能转移（FRET）建立起的分析方法,IFE更为简单、方便与经济。2.氮、磷掺杂聚合物碳点的合成及其在亚硝酸根检测与细胞成像中的应用。本文以聚乙烯亚胺（PEI）和维生素C（AA）为碳源,通过酸氧化法在低温下合成了聚合物碳点（PCDs）。通过对PCDs的表面官能团、结构等性质进行分析,发现PCDs的碳核由AA形成,表面还残留大量的PEI分子,因而带有正电荷,能与亚硝酸根（NO₂）发生氧化还原反应使得PCDs的荧光猝灭。基于此,本工作根据PCDs荧光降低实现了对NO₂的定量检测,并且方法具有高度选择性,其他十几种常见的阴阳离子均不干扰检测结果。随后,将PCDs用于细胞成像发现其通过溶酶体在细胞内进行运输,最终富集于细胞核周区域即微管组织中心（MTOC）,并且还可在细胞复杂的环境中对NO₂入侵细胞进行成像。PCDs拓展了碳点在阴离子检测中的应用,并为今后聚合物点应用于细胞成像与载药奠定了基础。3.水热法合成黄色发射的碳点用于铜离子和谷胱甘肽的同时检测。本文,以邻苯二胺（OPD）为碳源,水热法合成黄色发射的碳点（OPD-CDs）,通过红外、XPS等表征方法确定OPD-CDs表面带有大量的氨基（-NH2）,并通过一系列的实验证实铜离子(Cu²⁺)的确能与OPD-CDs的氨基配位,形成Cu-N键,使得碳点聚集,同时OPD-CDs的荧光显著增强。基于聚集诱导荧光增强现象（AIEE）对Cu²⁺进行了高选择性、高灵敏度地检测。而药物分子GSH与Cu²⁺具有更强的结合能力,可将Cu²⁺从OPD-CDs表面竞争下来,导致OPD-CDs的荧光强度恢复。由此,构建了一个由AIEE介导的“开-关”（“on-off”）策略实现对Cu²⁺和GSH的同时检测。综上,本论文通过筛选合适的原料,制备出高量子产率、长波长发射、生物相容性好的碳点;充分探讨了碳点的光学性质,并建立了对四环素、谷胱甘肽等药物分子的分析检测方法,同时,也将碳点应用于细胞成像,分析了碳点在细胞中的运动与分布情况。总之,本工作对于今后高量子产率碳点的制备,并拓展其在药物分析与细胞成像中的应用具有一定的参考价值。