碳点作为一种新型荧光碳纳米材料，近年来受到了广泛关注，但碳点合成需要使用硫酸、硝酸等强酸性溶剂进行氧化。这些方法不仅需要繁琐的后处理过程，而且制得碳点的荧光效率比较低，制约了碳点的发展。此外，为避免因时间和空间上的差异而导致的误诊，多模态检测成为了疾病诊断的最佳选择。而碳点的单一荧光性质难以满足多模态检测的需要。因此迫切需要设计和合成新型荧光碳点，提高碳点的荧光效率，实现碳点活体多模态成像。本论文旨在设计合成新型荧光氮掺杂碳点，赋予碳点磁共振响应能力，构建新型荧光-磁共振双模态探针，并进行相应的性质探讨，生物传感及成像应用。主要研究内容如下：　　氮掺杂碳点的合成与应用：通过采用一种便捷通用的碳化-萃取法可以合成一系列氮含量不同的碳点（N-Cdots）。通过高分辨透射电子显微镜可以发现这类N-Cdots主要由致密的碳晶核所构成，而经过氧化得到的氧化碳点（O-Cdots）不仅具有碳的晶核，外部还有明显的氧化层。碳化-萃取法提供了制备不同氮含量碳点的可能，实验表明随着氮掺杂量的增多，碳点的荧光逐渐增强。荧光光谱分析发现碳点具有激发波长依赖的特性，在不同波长激发光照射下可以发射出由蓝到红不同颜色的荧光。因此，出色的多色荧光特性，低的毒性使N-Cdots可以作为探针广泛应用于生物传感及生物成像领域。　　碳点的结构决定其性质，性质决定其用途。我们发现氧化程度对于碳点的结构以及荧光性能和电化学发光性质有重要影响，从而决定其用途。N-Cdots氧化程度低，具有高的荧光信号，荧光量子产率是O-Cdots的6.3倍，而较高的含氧量赋予O-Cdots更高的电化学发光响应。N-Cdots适用于细胞成像，O-Cdots更适合与K2S2O8构建电化学发光探针，用于Cu2+含量的检测。因此，可以选择合适类型的碳点进行相应的应用（荧光和电化学发光），拓宽了碳点的应用范围。　　荧光-磁共振双响应的富含13C-碳点的制备及应用：使用13C-葡萄糖作为碳源，一步水热法合成富含13C的荧光碳点。相较于普通的碳点，富含13C的碳点拥有高的13C磁共振响应。利用荧光-磁共振双信号的交叉验证，发现碳点在斑马鱼体内主要沉积在眼，卵黄囊及尾部。通过使用斑马鱼胚胎模型成功地长时间观测了碳点在其生长过程中的分布及代谢情况。因此，这种13C-碳点可以更好地拓展碳点在生命科学领域的应用。　　荧光-磁共振双响应碳点-钆复合纳米材料的制备及成像应用：荧光和磁共振响应优势互补，发展荧光-磁共振双响应探针具有重要意义。本章构建了一种具有荧光-磁共振双响应的碳点-钆复合材料（Gd-Cdots），并用于生物成像。通过一锅法水热反应在4h内合成出这种复合材料。相较于传统荧光碳点，Gd-Cdots不仅具有强荧光性质，而且兼具磁共振信号（r1=7.36mM-1s-1）。通过将荧光信号的高灵敏度和磁共振的深度穿透性以及空间可视的特性相结合，成功观察到Gd-Cdots在组织中的分布情况。Cdots通过螯合Gd3+减少了复合材料中Gd3+的释放量，从而达到降低Gd3+毒性的效果。将RGD（arginine-glycine-aspartic acid三肽）修饰到Gd-Cdots，成功实现了肿瘤的靶向成像。这种复合材料毒性低，易于功能化来实现肿瘤靶向成像，在医学诊断领域具有更好的应用前景。