石墨烯量子点(GQDs)主要是由sp2杂化碳构成,其晶格间距与石墨相同,是横向尺寸小于100 nm的石墨烯薄片,而且其原子层数少于10层。GQDs作为一种新型的荧光碳材料,制备方法主要可以分为两种:“自上而下”法和“自下而上”法。“自上而下”法的制备方法主要包括浓酸氧化法、水热法、电化学切割法和溶剂热法等,“自下而上”法的制备方法主要包括微波加热法、热解法和水热法等。由于GQDs具有特殊的量子限域效应和量子尺寸效应,且具有较好的水分散性、良好的生物相容性和表面易于修饰等优点,使其在生物医学领域(如生物成像、生物传感和光敏剂等)可以展现出广阔的应用前景。在GQDs众多优异性质中,荧光特性的研究最为广泛。同时,已有研究报道将GQDs与光敏剂(PS)结合用于肿瘤光动力治疗(PDT),但是仅使用GQDs作为PS应用到PDT中的治疗效率仍然较低。因此,通过各种方法合成具有荧光强度高且在光诱导下可以有效提高单线态氧(1A2)产率(QY)的GQDs和掺杂杂原子的GQDs具有更广阔的应用前景。目前,已有报道合成的N-GQDs,具有较好的亲水性和生物相容性,但是,与PS结合后才可应用到PDT中,因此,掺杂其它原子的GQDs也被广泛的研究。此外,以氟化石墨为原料合成氟化石墨烯量子点也有相关报道,但是采用的方法多为溶剂热法或者微波辅助水热法,其合成过程相对复杂。因此,如何采用一种简单便捷的方法合成一种高效iO2产率的GQDs仍然是一种挑战。针对上述GQDs存在iO2产率低下的原因,本论文通过氧化切割方法合成了氟掺杂石墨烯量子点(F-Doped GQDs)和氟化石墨烯量子点(FGQDs),并对两种GQDs的形貌、结构和性质进行了表征,进一步对两种GQDs的细胞毒性、二维(2D)细胞显影、三维多细胞团(HepG2 3D MCs)显影及LED灯光照射下产生1O2的能力进行了研究,本论文的主要研究内容和取得的结果如下:一:以石墨为原料通过Hummers方法合成氧化石墨烯(GO-1)作为前驱物,然后与氟化铵反应利用双氧水进行氧化切割得到F-Doped GQDs,以不加入氟化铵直接在双氧水中进行氧化切割得到的石墨烯量子点(GQDs-1)作为对照组。然后通过利用透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱(PL)等手段,对所获得的F-Doped GQDs和GQDs-1的形貌、结构和表面基团进行表征,结果显示F-Doped GQDs和GQDs-1的平均尺寸分别在2.9 nm和2.5 nm左右,其内部均可观察到明显的石墨化结晶碳的晶格衍射条纹,并且F-Doped GQDs的氟掺杂量为1.21%。在光学性质上,F-Doped GQDs和GQDs-1均可以表现出非激发光波长依赖性,同时以硫酸喹啉作为参比,测得F-Doped GQDs和GQDs-1在水溶液中的荧光量子产率(QY)分别为12.3%和10.4%。此外,将F-Doped GQDs和GQDs-1与各种相同摩尔浓度的不同金属离子(K+、Gd2+、Ba2+、Sn4+、Mn2+、Cu2+、Fe3+)溶液混合作用后,F-Doped GQDs可以表现出一定的离子选择性。对合成的F-Doped GQDs和GQDs-1在生物显影方面进行了如下研究:首先采用人肝癌细胞(HepG2)和人宫颈癌细胞(Hela)为2D细胞模型利用四甲基偶氮唑盐比色法(MTT)进行了细胞毒性研究,当材料的浓度为300μg mL-1时,细胞的细胞存活率仍然可以达到80%,证明F-Doped GQDs和GQDs-1具有较低的细胞毒性。然后,采用HepG2细胞和Hela细胞为2D细胞模型进行了细胞显影测试,结果显示与浓度为200 μg mL-1共培养6 h时,F-Doped GQDs和GQDs-1在细胞中都可以发出明亮的荧光,其中F-Doped GQDs在细胞中的显影效果相对较好。进一步采用HepG2 3D MCs模型研究了材料在细胞团中的显影效果,同样F-Doped GQDs和GQDs-1与HepG2 3D MCs共培养6 h时,F-Doped GQDs可以呈现出明亮的荧光,表明F-Doped GQDs具有良好的细胞显影效果。二:以氟化石墨为原料通过使用Hummers方法合成氟化氧化石墨烯(FGO)作为前驱物,然后在氢氧化钠和氢氧化钾混合物中进行剥离处理,最后通过双氧水进行氧化切割得到FGQDs,对照组样品以石墨为原料使用上述同样方法进行合成得到石墨烯量子点(GQDs-2)。利用TEM、XPS、UV-Vis、PL和电子自旋共振波谱(ESR)等手段,对所获得的FGQDs和GQDs-2样品进行形貌、结构和表面基团的表征,结果发现FGQDs和GQDs-2的平均尺寸分别在2.1 nm和3.6 nm左右。并且FGQDs的水溶液在365 nm的激发波长下可以发出明亮的绿色荧光,同时以硫酸喹啉作为参比,测得FGQDs和GQDs-2在水溶液中的QY分别为13.7%和5.8%,此外,FGQDs具有非激发光波长依赖性。首先,采用HepG2细胞为2D细胞模型进行了细胞毒性研究,当材料的浓度达到300μg mL-1时,FGQDs在细胞中的细胞存活率仍然可以达到85%,相对于GQDs-2而言,具有较低的细胞毒性。然后,采用HepG2细胞为2D细胞模型进行了细胞显影研究,结果显示与FGQDs共培养6 h时,细胞的显影效果达到最好。同时,采用HepG2 3D MCs模型研究了材料在细胞团中的显影效果,FGQDs与HepG2 3D MCs共培养6 h时,HepG23D MCs可以呈现出明亮的荧光,表明材料具有较好的细胞团显影效果。通过使用ESR仪器测试了 FGQDs和GQDs-2水溶液在LED光诱导下产生1O.2的能力,随着LED灯光照射时间的增加,FGQDs在LED灯光照下可以产生逐渐增强的1O2信号,而GQDs-2的信号增加的相对缓慢。使用玫瑰红(RB)作为参比,利用9,10-蒽二酰双(亚甲基)二芦荟酸(ABDA)作为捕获剂,通过UV-Vis测试绘制出吸光度与光照时间的工作曲线进行1O2产率的评估,得出FGQDs和GQDs-2的1O2产率分别为0.49和0.24。然后,以HepG2细胞为2D细胞模型,采用MTT法检测LED灯光诱导下FGQDs和GQDs-2的细胞毒性,结果显示在同一光照射条件下，随着材料浓度的增加,FGQDs造成的细胞毒性比GQDs-2的细胞毒性更加明显。随后,采用HepG2 3D MCs模拟肿瘤微环境,发现与FGQDs共培养时,随着光照时间的增加肿瘤的体积逐渐变小。因此,FGQDs相对于GQDs-2而言具有更好的抑制肿瘤生长的作用,有望用于肿瘤光动力治疗中。