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碳点（carbon dots,CDs）是于本世纪初发现的一种新型碳纳米材料。由于碳源广泛、制备简便、亲水性好、易于修饰、光稳定性强、细胞毒性低和生物相容性高等诸多优势,碳点在分析检测、体内外成像以及疾病诊断等领域展现出很好的应用前景。本论文立足于碳点的制备和应用,选取合适的有机碳源和简单快捷的方法宏量制备出绿色和黄色荧光碳点,并将基于碳点及其偶联物建立的传感平台分别用于药物分子检测和癌细胞成像识别。具体内容如下:第一章:从组成、结构、光学特性以及生物安全性等方面对碳点进行了概述,并进一步综述了碳点的制备方法及其分析应用的研究进展。第二章:以活性干酵母（active dry yeast,ADY）为生物碳源,采用微波加热法一步快速地合成性能好、产率高的绿色荧光碳点。重复实验和放大制备的平均合成产率分别为50.59%±0.98%和50.76%±1.29%,表现出很好的重复性和重现性,可有效实现其宏量制备。表征结果表明,该CDs呈单分散类球形粒子,平均粒径约3.4nm,在280 nm处有强紫外吸收,最大发射波长522 nm,荧光量子产率达13%,光稳定性强,表面存在水溶性官能团–OH、–COOH和–NH2。基于该CDs与泛酸氢键作用而发生荧光猝灭,构建了灵敏检测泛酸的新方法,线性范围为5.0×10-86.0×10-6mol·L-1,检出限为2.5×10-99 mol·L-1。该分析法具有良好的选择性,不受人体中常见离子、糖类、氨基酸及其他水溶性维生素物质的潜在干扰,被成功用于检测尿样中的泛酸含量,回收率在95.2098.62%。第三章:鉴于叶酸（folic acid,FA）对癌细胞表面叶酸受体（folate receptor,FR）具有特异强亲和性,利用EDC/NHS交联反应将FA嫁接到上一章所制绿色荧光CDs表面以赋予其靶向性,得到叶酸-碳点（FA-CDs）偶联物。对FA、CDs和FA-CDs偶联物进行表征对比,确定FA与CDs成功偶联,FA在CDs表面的固定量约309μg·mg-1。成像研究表明,CDs在HepG2和PC12细胞成像中观察到的荧光几乎一样,没有识别作用;而与FA结合后,FA-CDs偶联物既保留了CDs本身的绿色荧光性能,又拥有了FA的特异性识别功能,在HepG2和PC12细胞成像中表现出明显的荧光差异。基于FA-CDs偶联物的绿色荧光探针可通过FR介导的内吞作用进入细胞,从HepG2和PC12混合细胞模型中有效识别FR高表达的HepG2细胞,表现出理想的靶向成像效果,在实现灵敏、特异的肿瘤早期诊断方面有较好的潜在应用前景。第四章:以一系列相对分子质量不同的糖类分别为碳源,通过低温加热制备得到高合成产率和高荧光量子产率的黄色荧光碳点。结果发现,糖类的相对分子量越小,反应所需时间越短,二者呈正相关。选取单糖葡萄糖胺为碳源,采用正交设计优化合成条件。在优化条件下重复实验,所得碳点合成产率为18.25%±0.34%,宏量制备可行。表征结果表明,该CDs呈球形颗粒状,分散性好,平均粒径约4.5 nm,紫外吸收峰位于283 nm,最大发射波长542 nm,荧光量子产率23.56%,表面存在–OH、–COOH和–NH2基团。将FA与该CDs键合得到FA-CDs偶联物,FA在CDs表面的固定量约162μg·mg-1。以PC12、SMMC7721、MCF7细胞为研究对象的成像研究表明,CDs无法识别癌细胞,而FA-CDs荧光探针可据受体表达水平明显识别FR高表达癌细胞,且其黄色荧光成像效果可有效提高识别的灵敏性,有望成为肿瘤早期诊断的新工具以及用于荧光辅助的手术切除治疗。