碳点（Carbon dots,简称CDs）是尺寸一般小于10 nm且具有荧光性质的碳纳米颗粒。因其可调节的荧光发射、良好的光稳定性和生物相容性,在生物医学和发光器件等领域应用前景广阔。但是,由于聚集诱导猝灭效应,CDs在聚集状态或固态下,其荧光常被猝灭,而且在长波长（红光甚至近红外）区域的发光效率比较低,这些问题限制了CDs在固态发光器件和生物医学领域的进一步实际应用。杂原子掺杂是调节和改善CDs光学性质最常用且有效的方法之一,但精准调控的方法和机理还不是十分清楚,亟待进一步研究和探讨。本论文围绕红光碳点的合成、性质调控及其生物医学领域的应用展开研究。选用不同的反应原料,通过溶剂热法合成了两种具有红色荧光的CDs。对合成的CDs进行了形貌、结构、光学性质等表征,并对水溶性红光CDs在生物应用领域进行了探索。（1）通过氟掺杂合成了疏水的具有固态红色荧光的CDs。发现氟（F）掺杂能有效地调控CDs的荧光量子产率（QY）、并使发光波长红移。同时深入地研究了F掺杂对CDs形貌和结构的影响,及固态荧光的温敏变色现象和溶剂化效应。（2）以茶多酚和柠檬酸为原料,合成了一种新型具有良好水溶性的红光CDs（T-CDs）;评估了T-CDs的生物相容性以及其体内/体外成像效果;基于其光照后产生活性氧（ROS）的能力,将其成功地应用于癌细胞和实体肿瘤模型的光动力治疗（PDT）。本论文的主要研究内容和结果如下:（一）以柠檬酸为碳源、3-氟苯胺为氮源和氟源,在以DMSO为溶剂的反应体系下通过溶剂热法合成了一种新型的氟、氮、硫共掺杂的CDs（F,N,S-CDs）。与未掺杂F的对比样品（N,S-CDs）相比,F掺杂的F,N,S-CDs能抵抗聚集诱导荧光猝灭的效应,在固态下展现出明亮的红色固态荧光(λem=676 nm)。同时,在溶液态下,F,N,S-CDs的黄色荧光发射比N,S-CDs的绿色荧光发射红移了50 nm左右,QY相较于N,S-CDs的6.57%提高到了14.57%,提高了200%左右。进一步研究了F掺杂后对CDs结构和形貌的影响。通过高分辨投射电子显微镜（TEM）表征F,N,S-CDs呈现出类球形结构,平均粒径为5.72 nm相较于N,S-CDs的2.69nm有明显的增大。更显著的是,在拉曼光谱中F,N,S-CDs的D波段比G波段的强度比值明显提升,证明了F掺杂之后诱导F,N,S-CDs的缺陷明显增多。核磁共振氟谱、傅里叶红外光谱（FTIR）、电子顺磁共振波谱（EPR）、水接触角和X射线光电子能谱（XPS）的结果均证实了在F,N,S-CDs中存在大量C-F键且主要位于石墨化碳核的外围/边缘或表面,且F所占的含量高达8.39%。此外,研究发现F,N,S-CDs表现出一种溶剂化效应,在水/二甲亚砜的混合溶剂中随着水的比例增大,荧光发射由黄色变为红色。这是由于F,N,S-CDs表面存在的疏水性C-F键致使其随着水的加入逐渐聚集,表现出一种聚集诱导变色的行为。最后,研究了F,N,S-CDs固态荧光的温敏变色行为,其固态荧光在120 K时表现出最强的发射,且在120-420 K的范围内荧光强度变化呈现了良好的线性关系。本章研究结果表明F掺杂是一种调控CDs光学性质的有效策略。（二）以柠檬酸和茶多酚为原料,在甲酰胺中通过溶剂热合成了具有液态下蓝光和红光双发射的T-CDs。经过一系列提纯得到了平均尺寸为2.45 nm的T-CDs,且具有明显的晶格条纹。通过GPC测试并计算出T-CDs的平均分子量为60739 Da,表明茶多酚和柠檬酸小分子在高温高压的条件下,脱水碳化、交联聚合形成了具有高分子量的T-CDs。T-CDs的光学性质研究发现,T-CDs在水中表现出紫外-可见范围内宽的吸收光谱,且在360-460 nm和500-620 nm的激发下分别表现出蓝光和红光区域的双色荧光发射,对应的QY分别为5.10%（蓝光）和4.27%（红光）。此外,在680 nm的激光激发下,T-CDs还具有上转换荧光发射的性质。进一步,对T-CDs在生物应用领域进行了探索和研究。通过细胞毒性实验证明T-CDs无明显的细胞毒性。基于T-CDs宽的吸收带以及红光发射的特性,评价了其细胞显影效果,实验结果表明T-CDs能在2小时内进入细胞,并发现其可以穿越核膜在核仁区域富集展现出更明亮的红色荧光。同时,利用小鼠乳腺癌细胞（4T1）细胞培育的荷瘤小鼠评估了T-CDs体内成像的效果。结果表明T-CDs的荧光能穿透小鼠的表皮组织在瘤内显现出优良的荧光成像效果,是一种优异的体内/体外红色荧光探针。更重要的是,通过EPR波谱证明了T-CDs在LED光照射后能有效的产生羟基自由基;以4T1细胞为模型在小鼠臀背部构建活体肿瘤模型进行PDT实验,证明了T-CDs无论是在细胞还是实体肿瘤内都能有效的抑制癌细胞和肿瘤组织的生长,展现出优异的PDT效应。进一步对治疗后小鼠的心、肝、脾、肺、肾进行病理切片分析表明T-CDs不会引起小鼠主要器官的病变。综上研究表明这种新型的T-CDs,具有良好的生物相容性和低的生物毒性,是一种极具潜力的红色荧光成像探针和安全可靠的新型光敏剂。