活性氧（ROS）是需氧型生物在新陈代谢过程中不可避免的一种代谢产物。在正常生理条件下,细胞内ROS的浓度稳定,其产生及清除处在动态平衡的状态。适度生成的ROS对机体免疫、信号传导等许多生理活动具有重要的意义。然而,在一些外源性和/或内源性刺激作用下,细胞内会产生并积累过量ROS,导致氧化应激的产生,造成蛋白质、DNA及RNA等生物大分子不可逆转的损伤,并进一步致使器官受损及引发中风、糖尿病、神经性疾病和癌症等严重疾病。因此,开发灵敏度高、选择性好以及响应速度快的检测手段来监测细胞内ROS的产生及浓度变化,以及原位、及时和高效地清除细胞内过量产生的ROS对维持正常细胞生理环境,预防及治疗ROS引起的相关疾病具有十分重要的意义。另一方面,碳量子点（CDs）是一类新型的荧光纳米材料,具有合成简便、光学性能稳定、表面性质丰富、细胞毒性低及生物相容性好等优点,已被广泛应用于生物及医学领域。利用杂元素掺杂以及表面改性等手段,有望构建一类对ROS具有良好的检测及清除性能的新型纳米探针,并进一步实现对特定细胞器内ROS的靶向检测及清除。本学位论文围绕以上内容,采用表面改性及硒（Se）和碲（Te）元素掺杂等方法,构建了多种对线粒体、溶酶体及内质网等细胞器中ROS具有靶向检测及清除性能的CDs基纳米探针。这些纳米探针在生物及医学领域具有潜在的应用价值。具体研究内容及结果如下:（1）以1,2,4-三氨基苯二盐酸盐为原料,通过微波法合成了表面含氨基的CDs,并通过酰胺化反应将香豆素-3-羧酸（CCA）以及（4-羧丁基）-三苯基溴化磷（TPP）基团共价修饰于CDs,构建了一种对羟基自由基（·OH）具有特异性检测以及具有线粒体靶向功能的比率型荧光探针CCA-TPP@CDs。形貌及化学组分分析证明了CCA-TPP@CDs良好的分散性、均一的尺寸分布,及功能基团的成功接枝。体外实验证明了CCA-TPP@CDs能选择性检测·OH,并具有宽的线性检测范围（0.1-160μM）及低的检出限（70 n M）。细胞内测试显示了CCA-TPP@CDs低的细胞毒性、良好的生物相容性以及线粒体靶向能力。基于这些优良性能,CCA-TPP@CDs被成功应用于线粒体中外源性或内源性·OH的检测。（2）以硒代胱氨酸为原料,通过水热法合成了Se掺杂的CDs（Se-CDs）,并利用CDs的表面氨基通过酰胺化反应将吗啉基团共价修饰于CDs,构建了具有溶酶体靶向功能的抗氧化剂Lyso-Se-CDs用于溶酶体中·OH的清除。制备的Lyso-Se-CDs尺寸均一,具有良好的分散性及胶体稳定性。体外实验结果表明,由于Lyso-Se-CDs的氧化还原性,其对·OH具有很好的清除能力。细胞内测试显示了Lyso-Se-CDs低的生物毒性、良好的生物相容性、溶酶体靶向能力,以及对溶酶体中过量·OH的清除能力。随后建立小鼠耳朵炎症模型,通过荧光成像以及组织切片染色的方法,证明了Lyso-Se-CDs可有效地缓解小鼠耳朵炎症。（3）设计并合成了具有内质网靶向功能的3-（N-对磺苯甲酰胺）-乙基氨基-3-氧代丙酸乙酯（MOA）分子,并将其共价修饰于以硒代胱胺为原料通过水热法合成的Se-CDs表面,得到具有内质网靶向功能的抗氧化剂ER-Se-CDs。通过多种测试手段对MOA分子的结构,以及ER-Se-CDs的形貌和化学组分进行了表征,证明了MOA分子以及ER-Se-CDs的成功合成。体外实验及细胞内测试证明了ER-Se-CDs对·OH的清除能力,良好的生物相容性,以及内质网靶向功能,因此可保护细胞免受内质网中高ROS浓度带来的氧化应激伤害。小鼠耳朵炎症模型测试结果表明,ER-Se-CDs同样对由ROS诱发的炎症具有消炎作用。（4）以2,2’-二氨基二苯基二碲化物为原料通过水热法合成了Te掺杂的CDs（Te-CDs）。实验结果表明,Te-CDs尺寸较小且均一,具有很好的分散性及胶体稳定性。Te-CDs优良的氧化还原响应性使其能快速（～40 s）且选择性检测超氧阴离子(O2·-),并显示出较宽的线性检测范围（0.5-16μM）和低的检出限（80 n M）。O2·-清除实验则证明了Te-CDs对O2·-同样具有很好的清除能力。随后通过酰胺化反应将TPP修饰到Te-CDs表面,得到集O2·-检测、清除及线粒体靶向功能于一体的TPP-Te-CDs。体外测试表明TPP的修饰不会影响Te-CDs对O2·-的检测及清除能力。细胞内测试显示了TPP-Te-CDs的低生物毒性、良好的生物相容性以及线粒体靶向功能。该纳米探针被成功应用于线粒体中O2·-的检测及清除,证明了其保护细胞减少氧化应激伤害的能力。