制备具有生物相容性和对癌细胞精准识别的荧光探针材料是荧光诊断领域研究的热点之一。石墨烯量子点(GQD)发射强烈的荧光并且尺寸较小有利于细胞的胞吞和胞吐,在荧光诊断领域有很大的发展前景。GQD具有“分子状”特征,可以进行适当的官能化和表面接枝,这样一方面使其光电性质可调,另一方面可以与其他物质结合扩大应用。此外,石墨烯量子点的低细胞毒性、更高的溶解度、化学惰性,均有助于石墨烯量子点在传感器、光电或生物成像上的应用。与其他小分子探针材料相比,石墨烯量子点具有良好的生物相容性,因此本文选用石墨烯量子点作为荧光探针的基底材料。本论文旨在进一步拓展石墨烯量子点在癌细胞荧光诊断领域的应用。癌细胞的表面具有过度表达的叶酸受体、CD44以及环氧合酶-2等。这种过度表达在正常细胞中是不出现的。因此可以用叶酸、透明质酸以及吲哚美辛作为靶向基团,达到对癌细胞精准识别的目的。本文首先对石墨烯量子点进行氮掺杂,将氨基引入其中,使其可以与叶酸、透明质酸以及吲哚美辛通过酰胺键的方式结合。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱(PL)等表征方法对掺氮石墨烯量子点及其结合物的分子结构、微观结构以及光学性能等深入分析。其次,将合成的三种结合物作为荧光诊断材料与癌细胞培养后,通过激光共聚焦显微镜验证该类结合物能够精准识别癌细胞。最后,探究细胞与材料共同培育的时间、氮掺杂含量、pH值等因素对荧光诊断的影响。本论文的研究内容分为以下三个方面:一、制备了叶酸功能化氮掺杂石墨烯量子点,并将其作为乳腺癌MCF-7细胞的荧光诊断材料。首先以柠檬酸为碳源,二乙胺为氮源,通过水热法制备了氮掺杂石墨烯量子点(N-GQD)。改变二乙胺的用量可有效控制氮掺杂的含量。然后,将氮掺杂石墨烯量子点通过酰胺键与叶酸结合。随着氮含量的增加,石墨烯量子点给叶酸提供了更多的结合位点(N-H键)。XPS数据也表明掺氮量最多的石墨烯量子点结合了最多的叶酸,叶酸增多能促进癌细胞的识别和吞咽。激光共聚焦扫描显微镜照片显示用该材料标记的癌细胞发出更强的荧光。毒性测试表明该材料具有低细胞毒性,使其在荧光探针领域具有广泛的前景。二、所制备的蓝色的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQD),表现出pH敏感特性。pH值在1.0到14.0的范围内,N-GQD的荧光强度随着pH的增加而显著增加。N-GQD通过酰胺键与透明质酸结合,在不同pH反应环境中对酰胺键的形成有一定的影响。XPS和FT-IR数据表明,碱性环境能更好地促进酰胺键的形成,N-GQD能结合更多的透明质酸。激光共聚焦扫描显微镜观察表明结合更多透明质酸的氮掺杂石墨烯量子点更有利于细胞通过胞吞作用进入细胞体内,显示出更强的荧光。透明质酸结合掺氮石墨烯量子点具有良好的生物相容性,可以识别人乳腺癌细胞(MCF-7细胞)。三、通过酰胺反应合成了氮掺杂石墨烯量子点功能化吲哚美辛(N-GQD-IDM),将其与MCF-7细胞共培养,在激光共聚焦扫描显微镜下观察到明显的荧光。通过对比材料与癌细胞共同培育3小时和6小时所拍摄的激光共聚焦显微镜图片,显示随着孵育时间的增加,荧光材料在细胞中大量积累,细胞的荧光强度显著增强。说明随着培育时间的延长,细胞通过胞吞作用不断地将N-GQD-IDM吞入细胞内部。氮掺杂石墨烯量子点功能化吲哚美辛可以作为有前景的癌细胞诊断材料。