碳点(CDs)作为一种新型碳基零维材料,相比传统的半导体量子点和有机荧光染料,具有荧光稳定、抗光漂白能力强、水溶性良好、低毒、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好、表面易被修饰等诸多优点,已经被广泛应用到生物检测、生物成像与标记等多种研究领域。一些用于成像和标记的碳点荧光量子产率(FLQY)低(≤10%),碳点的功能化程序复杂冗长,这些问题极大地限制了碳点的实际应用。本论文在详细调查目前碳点的合成及其在细胞、亚细胞器的成像应用情况,结合细胞、亚细胞器靶向成像探针的现状,以发展具有较高荧光量子产率的碳点为目的,探索简单、高效的功能性碳点合成方法,及其在细胞或亚细胞器的成像应用。主要进行以下两方面工作:(1)溶酶体是细胞的废物处理系统,参与众多生命进程,溶酶体功能紊乱会导致许多疾病,发展高效专一的溶酶体可视化探针对于理解溶酶体相关疾病有重大意义。鉴于目前商业化溶酶体探针易被光漂白和生物降解,传统半导体量子点探针毒性不可忽视等缺点。我们探索了商业化可获得的,富重原子效应的虎红和富氨基的聚乙烯亚胺为原料,通过水热法一步合成了超亮的、具有本质靶向能力的碳点(P-R CDs)。实验结果显示P-R CDs荧光稳定,绝对荧光量子产率高达90.49%,光毒性和暗毒性很低;未经任何后期修饰便拥有长期靶向成像溶酶体的能力;通过XPS、FTIR证明了脱重原子交联效应和碳点表面大量的氨基;脱卤交联和结构重组限制系间穿越和无辐射跃迁,极大地提高碳点的FLQY,降低了单线态氧的产量和材料生物应用毒性;同时,碳化重组材料的优异表面结构使其靶向酸性微环境的溶酶体并在溶酶体中聚集滞留,实现长期的靶向成像溶酶体。该工作提供了一种快速制备超亮功能性碳点的策略,为发展亚细胞成像碳点探针奠定了基础。(2)癌细胞靶向成像功能性探针对癌细胞的可视化研究具有重要的意义,碳点表面基团可能遗传于合成原料,同时,表面基团会影响其发光效率,我们提出探索以具有癌细胞靶向性的叶酸,与易成核的精氨酸为原料,结合Tris的表面辅助效应,一步水热法合成碳点(F-CDs),并探讨F-CDs靶向成像癌细胞的能力。通过不同原料组合优化获得碳点,实验结果显示当叶酸、精氨酸、Tris三者同时水热碳化时才会得到荧光性能最好的碳点,相比没有Tris的对照组,F-CDs荧光强度和荧光量子产率均有所提高。XPS和FTIR的实验数据显示F-CDs拥有大量的氨基,表面羟基的含量明显增加发挥了重要的作用,说明高含量N原子的掺杂和Tris的结构对于构建强荧光的功能性碳点发挥着不可或缺的作用。细胞成像实验证明,F-CDs拥有优秀的生物相容性,在叶酸介导识别和内吞路径的共同作用下,可以特异性靶向成像癌细胞。该实验工作结果和相关机制的探索,为制备具有癌细胞靶向性的强荧光碳材料奠定基础。