当前，生物分析领域正处于一个多学科多技术相结合，各种新方法不断发展的新时期。随着对纳米尺度生物和化学现象研究的飞速发展，纳米材料因其特有的量子限域效应以及小尺寸效应在超灵敏痕量检测分析方面发挥出越来越重要的作用。纳米技术应用于分析化学领域取得了传统分析方法难以达到的效果，很大呈上克服了现有检测手段存在的仪器复杂、响应速度慢以及稳定性差等缺点。随着该领域的迅速发展，基于纳米材料的分析检测在环境分析、临床检验以及医学研究等多个领域展现出广阔的前景。本论文致力于发展新型无机纳米探针合成的新方法，获得具有特殊性质和功能的无机纳米探针，探索它们在生物医学领域中的应用。具体工作内容包括以下五个部分:　　1.开发了一种简单而有效的制备磷掺杂荧光碳点(CDs)的新方法。这种合成方法是以缬氨酸作为碳源，浓H3PO4为氧化剂，在90℃的条件下通过调节反应时间可以得到绿色(CDs-1)和黄色(CDs-2)两种荧光碳点。这两种碳点的量子产率均分别是44.8％(CDs-1)和31％(CDs-2)。另外，在不同的pH(3～12)下，CDs也显示出稳定的光致发光特性。同时，CDs-1对Hg2+有较高的选择性和灵敏度，检测下限约为1.51 nM。　　2.通过微波辅助法一步合成了具有强蓝色荧光的石墨烯量子点。近些年来，由于碳纳米材料表现出低毒性、水溶性好和稳定的光化学性质，因此作为荧光探针已经受到了相当大的关注。然而，石墨烯量子点(GQDs)的发展仍然处于早期阶段。在这项研究中，我们用天冬氨酸(Asp)和NH4HCO3的混合物，通过微波辅助法一步合成了GQDs。得到的GQDs表现出强烈的蓝色荧光，其量子产率高达14％。GQDs对Fe3+有较高的选择性，在0～50μM的浓度范围内的检测限是0.26μM。此外，在pH=2～12范围内，GQDs的荧光强度以及荧光峰位都发生了明显的变化，因此GQDs也可以作为pH光学传感器。更重要的是，GQDs具有较低的细胞毒性和耐光漂白性，因此它还可以直接作为荧光探针用于细胞成像。　　3.设计了一种新颖的、灵敏的“开-关”型荧光化学传感器——碳点(CDs)。当机体内Au3+和半胱氨酸(L-Cys)的水平发生异常时，通常指示着某些疾病的发生。因此，在本章研究中，我们设计了一种新颖的、灵敏的“开-关”型荧光化学传感器——碳点(CDs)，并用其检测Au3+和L-Cys。这种新颖的、灵敏的CDs是以组氨酸(His)和尿素作为碳源，通过微波辅助法合成的。Au3+可以使CDs的荧光淬灭，以及对Au3+的检测限是0.11μM。更重要的是，我们发现了另外一种现象:L-Cys可以使CDs-Au3+淬灭了的荧光发生一定程度的恢复，对L-Cys的检测限约为0.17 nM。　　4.研究了硫掺杂的荧光碳点通过MAPKs信号通路诱导细胞凋亡的机制。随着纳米技术的发展和碳点在生物医学领域广泛的研究与应用，碳点的潜在生物副作用的评价已成为必要。然而，大多数的研究主要专注于碳点的各种改性。我们评价了碳点在人脐静脉内皮细胞HUVEC的毒理机制。我们发现碳点可以诱导细胞内活性氧(ROS)增加，然后激活MAPKs信号通路(Erk、p38、JNK)，最终使凋亡蛋白Caspase3激活，从而导致细胞凋亡。这项研究为碳点诱导细胞凋亡的机制研究提供了一个重要理论基础。　　5.多功能WS2@PEI纳米载体的设计、合成及其对肿瘤的基因与光热协同治疗。设计了一个多功能纳米载体——WS2@PEI，这种纳米载体是通过插层法合成的。得到的WS2@PEI纳米载体不仅能高效的传递基因，而且具有较好的光热效应，因此它可以用于基因治疗与光热治疗协同治疗肿瘤。除此之外，WS2@PEI纳米载体也拥有较强的X射线计算机断层扫描(CT)/光声(PA)信号，可应用于CT成像或者PA成像。此外，WS2@PEI纳米载体通过细胞毒性、血生化、血常规和病理切片（H&E染色）检测其毒性，并没有在体外和体内发现明显的毒性，这也揭示的WS2@PEI纳米颗粒有较高的生物安全。综上所述，本研究结果表明，多功能WS2@PEI纳米载体不仅可以用于CT/PA成像，同时也能够实现基因与光热协同治疗肿瘤，并且取得良好的抗瘤效果。