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荧光纳米材料,如量子点、金属纳米团簇等,由于其独特的光学性能,在细胞成像和传感分析领域具有广泛的应用潜力。随着量子点制备工艺、表面修饰技术的不断完善以及功能应用研究的不断拓展,基于量子点的纳米荧光探针在化学生物分析等领域显示出越来越广阔的应用前景。本论文将重点针对环境中有毒有害污染物及生物标志物分析检测,结合高性能的荧光纳米材料Mn掺杂ZnS量子点(Mn:ZnS QDs)、硅量子点(SiQDs)及金纳米簇(AuNCs)的发光特性,发展针对有机磷农药、痕量TNT和多巴胺的光学传感识别新方法,探索对痕量目标分析物的特异性敏感检测以及在实际环境生物样品中的应用。本论文研究工作主要包括以下几方面的内容:(1)用谷胱甘肽(GSH)作为稳定剂,提出了一种水相中直接合成高质量的Mn掺杂ZnS量子点(Mn:ZnS)的方法。制备得到的量子点具有纯掺杂荧光发射和优异稳定性。发现用ZnS包覆修饰的Mn:ZnS量子点的荧光量子产率达27.4%,是目前该量子点水相直接制备法所得的最好结果。细胞毒性试验(MTT)证实了即使Mn:ZnS量子点浓度达600 mg mL-1对HeLa细胞也没有明显毒性。以刀豆蛋白(ConA)-甘露糖识别体系为模型,将刀豆蛋白功能化Mn:ZnS/ZnS量子点并成功用于识别HeLa细胞表面糖基的过表达。基于Mn:ZnS QDs优异的光学性能,GSH包覆的Mn:ZnS量子点有望用于生物学荧光标记。(2)基于乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂作用原理和长寿命磷光发射的Mn掺杂ZnS量子点,我们报道了一种灵敏、特异性的有机磷农药(OPs)测定方法。乙酰胆碱(ACh)首先被乙酰胆碱酯酶催化水解为胆碱,胆碱氧化酶(ChOx)进一步氧化胆碱产生H2O2,而H2O2能有效地猝灭量子点的磷光发射。然而,当体系中存在能抑制AChE活性的有机磷农药时,AChE酶催化水解速率就会减弱,从而减少了H2O2产生,导致量子点磷光猝灭效率降低。Mn掺杂ZnS量子点长寿命磷光能够采用时间分辨荧光方法测定,从而有效消除来自于实际样品背景荧光的干扰,提高分析的准确性和信噪比。在最佳条件下,该法对有机磷农药(OPs)测定的线性范围为1pM～1μM,最低检测限为0.1 pM,低于现存的大部分检测方法。回收率实验证明该方法能够用于实际样品分析。(3)以3-氨丙基三甲氧基硅烷为原料,水热法一步直接合成了氨基包覆的高荧光硅量子点(SiQDs)。基于硅量子点表面的氨基与2,4,6,-三硝基甲苯(TNT)分子能形成Meisenheimer复合物,而所形成复合物的吸收光谱正好与SiQDs的荧光发射光谱重叠,满足荧光共振能量转移(FRET)的发生条件,使得SiQDs的荧光发射能量能够有效地转移至Meisenheimer复合物,从而导致SiQDs本身的荧光被有效猝灭。硅量子点荧光猝灭的荧光共振能量转移机理能用于对TNT分子的定量分析,实验结果表明TNT在5～500 nM范围内,硅量子点荧光对其呈现良好的线性响应,检测限低至1nM。所建立的分析方法具有很好抗干扰能力和选择性。用于TNT在实际样品的添加回收实验取得良好结果。(4)基于单-6-氨基-β-环糊精(NH2-β-CD)修饰的金纳米簇(AuNCs),构建了一种新的荧光探针,并利用主-客体相互作用原理,实现了对多巴胺(DA)进行选择性检测。将NH2-β-CD通过EDC/NHS酰胺化反应连接到金纳米簇上,环糊精分子结构在金纳米簇表面完好保存,仍然保持了对多巴胺分子的主-客体识别能力。当多巴胺分子存在时,被环糊精分子的内腔识别从而形成包结物,通过电子转移的作用机理,被识别多巴胺的氧化产物有效地猝灭了金纳米簇荧光,从而实现了对多巴胺的检测,线性范围达5～1000nM,检测限为2nM。