目的:碳点作为新型的碳纳米材料,其优异的光学性质、低毒性和良好的生物相容性,使其在生物领域中有好的应用前景。荧光量子产率低会影响碳点的光学性质,而短波长的碳点在生物成像中的应用受到限制,为拓宽碳点的应用范围,制备高荧光量子产率和长波长发光碳点在生物应用领域是非常有意义的。本论文工作如下:1.以L-酒石酸和三亚乙基四胺为原料,采用微波法合成了高荧光量子产率(23%)发蓝色荧光的氮掺杂碳点,反应比例为摩尔比1:1。2.在第一章基础上,对合成的氮掺杂的碳点进行传感实验探究,并应用于甲硝唑的检测及细胞成像。3.以水溶性黑色素和盐酸甜菜碱为原料,合成了荧光量子产率为6.5%发红色荧光的碳点,并应用于细胞成像、斑马鱼成像和抗菌研究中。方法:1.采用一步微波法,以L-酒石酸和三亚乙基四胺为原料,通过对反应条件的探究,合成了高荧光产率的氮掺杂发光碳点(N-CDs)。对合成的N-CDs的结构和光学性能进行测定:透射电子显微镜表征其形貌和粒径,X射线衍射图和傅里叶变换红外光谱表征其表面所含官能团;紫外-可见吸收光谱和荧光光谱探究光学性质。2.合成的N-CDs通过与不同物质作用,研究不同物质对N-CDs荧光性质的影响。采用MTT法研究N-CDs对人乳腺癌胞(MCF-7)的细胞毒性,采用激光共聚焦进行N-CDs在细胞中的成像实验。3.采用一步水热法,以水溶性黑色素和盐酸甜菜碱为原料,通过对反应条件的探究,合成发红色荧光的碳点(R-CDs)。通过透射电镜,傅里叶变换红外光谱、X射线衍射图和X射线光电子能谱分析表征合成的R-CDs的结构及组成,运用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测定R-CDs的光学性质。通过对合成的R-CDs与三种常见细菌的相互作用,研究R-CDs的抗菌效果。结论:1.对合成的N-CDs的结构表征显示N-CDs呈准球形,粒径范围为1-5 nm,平均粒径约为2.56 nm,表面含有羟基、羧基以及氨基等水溶性基团。测定不同因素对合成的N-CDs光学性能的影响实验表明合成的N-CDs的光学性质稳定。综上所述,合成的N-CDs具有良好的水溶性、高荧光量子产率(23%)和优异的光稳定性。2.合成的N-CDs对甲硝唑的响应灵敏度高,通过荧光猝灭可有效的检测药物甲硝唑,经计算得出其检出限为0.22μmol/L,并成功的应用到实际样品(牛奶)中甲硝唑的检测,。MTT法测定结果显示N-CDs的细胞毒性低并应用到了细胞成像,最后通过荧光猝灭现象在细胞中可以检测到甲硝唑的存在。3.合成的R-CDs的结构表征其呈准球形,粒径大小主要集中在4-5 nm,平均粒径约为4.32 nm,表面含有羟基和羧基等基团。对合成的R-CDs光学性能的测定实验表明其具有良好的光学稳定性。运用激光共聚焦测定分别研究了R-CDs在人乳腺癌胞(MCF-7)和斑马鱼活体中的成像,效果明显。最后测定了R-CDs对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和变形菌生长抑制实验,结果表明R-CDs对大肠杆菌有效的杀伤能力最强。综上所述,合成的R-CDs具有优良的光学性能、低的细胞毒性和良好的生物相容性,能够很好的应用到生物成像中,而且对大肠杆菌表现出较强的抑菌效果。结论:本论文通过对合成条件的优化简单快速的合成了两种碳点(N-CDs和R-CDs),且合成的碳点具有优异的的光致发光性质,低毒性和良好的生物相容性。N-CDs能够灵敏检测小分子药物甲硝唑,分别应用到实际样品中甲硝唑的检测和细胞中检测药物甲硝唑,效果满意。R-CDs能够在650 nm处发射强的荧光,应用到了细胞和活体成像中,效果显著,抗菌实验表明R-CDs对抑制对大肠杆菌和变形杆菌具有有效的抗菌活性的抗菌活性。