作为一种新兴的纳米材料,碳量子点(C-Dots)具有生物兼容性好且无毒、粒径小、发射光谱可调、荧光稳定性高且耐光漂白等优点,加之原料廉价且来源丰富、易于制备和修饰等特点,使其制备和应用成为近年来分析化学的热点研究领域之一。然而,目前有关荧光C-Dots纳米材料的研究还处于初期阶段,仍存在一些亟待解决的科研问题,如现有合成方法的产量和荧光量子产率(QY)往往比较低,无法准确控制其横向尺寸及表面化学、发光机制不明确、荧光光谱范围窄等。因此,该研究领域还存在巨大的发展空间。鉴于此,本学位论文在前人工作基础上,围绕发展合成高产量及QY荧光C-Dots纳米材料的新方法,并研究其生物化学应用,开展了以下创新性研究工作：1.发展了一种制备N-doped C-Dots的固相合成新方法,显著提高了C-Dots的QY,并以N-doped C-Dots为荧光探针成功用于细胞内Fe3+的成像分析。2.以N-doped C-Dots为荧光探针,建立了一种快速、灵敏检测柠檬黄的新方法,并首次将其用于测定果汁、果味饮料、果啤和果酱四种果制品中的柠檬黄。3.利用固相合成方法制备了硫掺杂的荧光氮化碳量子点(g-CNSQDs)。该纳米材料具有良好的稳定性、水溶性和生物兼容性,已成功将其应用于细胞成像。4.以g-CNSQDs为荧光探针,考察了其对时+检测的选择性和灵敏度,并将其应用于实际样本中Hg2+的检测,取得了令人满意的结果。本论文共分为六章：第一章：对C-Dots的合成方法、物理化学性质及其在生物化学方面的应用进展进行了综述,重点介绍了近年来C-Dots的合成方法和在成像、传感方面的研究进展和发展趋势。第二章：发展了一种制备N-doped C-Dots的固相合成新方法。由于N原子掺杂引起的荧光增强效应,有效地将碳量子点的QY提高至31%。所得N-doped C-Dots具有良好的水溶性、对极端pH、离子强度与光照的稳定性,可以作为荧光探针对Fe3+进行无标记测定。Fe3+对N-doped C-Dots的荧光猝灭效应是由非辐射的电子跃迁引起的,电子从N-doped C-Dots的激发态跃迁Fe3+的d轨道,从而导致材料荧光强度的降低。此外,该探针具有良好的选择性及生物兼容性,已成功用于细胞内Fe3+的成像分析。第三章：基于柠檬黄对N-doped C-Dots的荧光猝灭效应建立了一种快速、灵敏检测柠檬黄的新方法,并首次用于果汁、果啤、果味汽水和果酱中柠檬黄的测定。柠檬黄与N-doped C-Dots之间存在强的内过滤效应(IFE, inner filtering effect)及分子间作用力,从而使其荧光发生猝灭。该方法具有简便、快速、灵敏度高、重现性好等优点,有望替代现有的检测方法实现对果制品中柠檬黄的含量监测,为果制品的质量控制提供了一种新的选择。第四章：首次利用固相合成的方法制备了g-CNSQDs纳米材料,利用透射电镜、X-射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱等手段对其形貌和性质进行了表征,探讨了原料配比对其荧光性能的影响。该荧光材料具有良好的稳定性、水溶性和生物兼容性,已成功应用于细胞成像,并有望在光电器件、传感、药物／基因载体及其它生物学领域得到应用。第五章：基于Hg2+对g-CNSQDs的荧光猝灭效应建立了一种灵敏、快速测定水溶液中Hg2+的新方法,考察了影响其荧光猝灭效率的因素和用于实际样品分析的可行性。结果表明,该方法具有简便、快速、灵敏度高、重现性好等显著优点,已成功用于自来水和黄河水中Hg2+的测定,拓展了g-CNSQDs材料在生命分析化学中的应用。第六章：结论