超分辨荧光成像技术是近年来出现、发展最快的光学成像技术之一,因其能够突破光学衍射的限制,实现纳米级成像分辨率,在生命科学、生物医学、材料科学等诸多领域具有广泛的应用前景。目前,最具代表性的超分辨成像技术包括受激发射损耗显微镜、光敏定位显微镜、随机光学重构显微镜及直接随机光学重构显微镜。其中,直接随机光学重构显微镜利用荧光探针分子的自发闪烁性质,在常规宽场荧光显微镜上即可实现分子的超分辨定位和成像,与其它超分辨成像方法比较,其实现方式简单,受到了人们的极大关注。直接随机光学重构显微镜实现超分辨成像的关键是荧光闪烁探针选择和使用,目前,可用于该类超分辨成像的荧光探针较少,仅限于少数有机荧光染料（如:Cy5和AF647）和荧光纳米颗粒（如:半导体量子点）。而且,这些荧光探针仍然存在明显的缺点,如:有机染料的光学稳定性较差、量子点的尺寸较大和闪烁工作周期过长、两类探针均要求结合生物大分子用于靶标分子的定位等,降低其成像的时空分辨率,严重限制了超分辨成像的发展和应用。因此,发展光学稳定性优良、尺寸小、甚至免于生物标记而直接识别特定靶标分子的荧光闪烁探针,是当前超分辨成像领域的重要研究方向和挑战之一。本论文以荧光碳纳米材料为研究对象,采用两种合成方法制备了光学稳定性好和超小尺寸（2-6 nm）的荧光闪烁碳点,发展了具有超高分辨率的荧光成像技术。同时,结合碳点自身的物理化学性质,开展了其特定的生物功能成像研究。主要研究内容如下:（1）分别采取强酸氧化切割炭黑法（从“上”到“下”）和柠檬酸-乙二胺高温脱水碳化法（从“下”到“上”）,制备了超小尺寸的单层石墨烯量子点和无定型结构的碳点颗粒。使用透射电子显微镜、原子力显微镜、傅里叶红外光谱、X光电子能谱等技术系统表征了其物理化学结构;使用紫外可见吸收光谱、二维和三维荧光光谱、单颗粒荧光成像等技术研究了它们的光谱性质和单颗粒层次上的荧光闪烁行为,如:闪烁周期、单颗粒亮度、光学稳定性等。研究表明两种碳点具有闪烁周期低、荧光亮度较高、光学稳定性好等优势,可以实现超高分辨率的荧光成像。（2）基于石墨烯量子点的闪烁特征和其自身可以作为药物输送载体的重要化学性质,发展了超分辨荧光成像技术,用于叶酸受体介导的药物输送载体的超分辨成像研究。在本章中,利用石墨烯量子点的特定闪烁行为,发展了定量超分辨算法,研究了药物载体在活细胞膜上的聚集尺寸、聚集体中载体数目以及聚集体分布等与其内吞过程、药物输送路径的关系。研究发现纳米载体在细胞表面的聚集和分布控制了载体的摄取效率和累积,并证实该过程与药物种类无关,其药物输送的效率依赖于药物自身的装载和释放能力。（3）基于柠檬酸-乙二胺碳点的荧光闪烁特征和其自身可以特异性识别核糖体RNA（r RNA）的重要化学性质,发展了免于生物修饰的超分辨成像技术,用于细胞核仁中核糖体RNA分布的研究。在本章中,选用人宫颈癌He La、人胶质瘤U87、小鼠黑色素瘤B16、小鼠胚胎成纤维NIH 3T3四种细胞作为研究模型,使用核糖核酸酶（RNase）和脱氧核糖核酸酶（DNase）处理细胞,发现柠檬酸-乙二胺碳点可以特异性结合r RNA,识别核仁中致密纤维组分（DFC）等精细结构。利用超分辨成像技术系统研究了癌症细胞和正常细胞核仁中r RNA分布以及甲氨蝶呤、5-氟尿嘧啶、高三尖杉酯碱、奥沙利铂四种针对RNA功能抑制的化疗药物对细胞核仁精细结构的影响,证实基于该类碳点的超分辨成像技术可以作为极为重要的工具,可用于核仁r RNA生理病理功能机理和相关靶向药物设计研究。