作为碳纳米家族中的一个新成员,荧光碳点具有激发波长和发射波长可调谐、荧光稳定耐光漂白且无光闪烁现象等优异的荧光性能,从而引起了科研工作者的极大兴趣。同时碳点还具有良好的生物相容性、粒径和分子量均很小、生物毒性低等其他优点,因此可以作为量子点和有机染料的替代物而被应用于生物标记和生物成像等领域。尽管碳点的制备方法和相关应用研究已经有大量报道,但目前碳点最主要的缺点是荧光量子产率较低。因此寻找更有效的合成和修饰方法来制备高荧光量子产率的碳点显得尤为重要。此外,探索荧光碳点新的应用领域也是一项重要的挑战。本论文的主要研究工作概括如下：(1)以氧化石墨、蜡烛灰、导电炭黑和油烟等作为碳前驱体,通过硝酸氧化回流的方法制备荧光碳点。和其他几种碳点相比,以氧化程度高且杂质含量少的氧化石墨为原料制备的碳点具有最高的荧光量子产率和最窄的荧光发射峰。又引入微波辅助合成技术制备荧光碳点,和普通硝酸回流法相比,微波辅助回流法和微波水热法均可以明显缩短反应时间,同时在碳点表面引入更多的含氧基团,增加氧掺杂量,并且产生更多的能量势阱。因此使用微波辅助合成技术制备的碳点具有更好的性能,如更强的荧光、更窄的半高峰宽、更长的荧光寿命和更高的荧光量子产率等。所制备的氧化石墨碳点在物质检测、生物成像等方面也将会有很大的应用前景。(2)发现了一种通过简单的表面化学改性方法来提高普通碳点荧光性能的新方法。在室温水相条件下,使用硼氢化钠为还原剂化学还原荧光较弱的绿色荧光碳点得到发射强蓝色荧光的还原型碳点。制备的的还原型碳点基本保持原来的形貌和分散性。同时还原型碳点具有更强的荧光发射,更高的荧光量子产率(荧光量子产率可以提高约10倍以上),更长的荧光寿命和氧化还原特性。我们通过实验证实在还原过程中碳点表面产生羟基是还原型碳点荧光性能增强的原因。基于还原型碳点氧化还原特性,我们还将其应用于检测H202的浓度。还原型碳点不仅可以作为一种新型还原性材料,而且还可望应用于生物标记、生物成像、化学发光和物质检测等方面。(3)以牛血清白蛋白为原料,采用溶剂热法首次制备了具有空心结构的荧光碳点。透射电镜、N2吸附等结果证实,所得到荧光碳点平均粒径为6.8±1.3 nm,且具有空心结构,空心结构孔径约为2nm。由于空心碳点具有良好的荧光性能和中空结构,我们将空心碳点作为抗肿瘤药物阿霉素的载体。同时还详细考察了负载阿霉素的空心碳点的药物运输和释放能力、细胞毒性、细胞摄取和胞内运输过程。实验结果发现空心碳点载药系统具有快速进入细胞、受pH值决定释放药物、不影响药物活性等优点。同时其优良的荧光性能,也可以用于生物成像。基于其优良的特性,这种多功能的空心碳点可以被应用于细胞成像和肿瘤治疗等领域。