目的:活性氧自由基（ROS）作为氧代谢中的一种天然产物,参与各种正常的生理活动。然而,在疾病或一些外源性因素作用下,ROS代谢平衡被破坏,导致细胞和生物大分子的过氧化损伤。因此,控制生物体内的ROS的浓度是一个重要而急迫的问题,将它们保持在适当的浓度范围内是减少一系列氧化损伤的基本手段。近年来,二氧化铈因其可循环再生的抗氧化性能而受到研究人员的极大关注,并已被广泛应用于生物工程和医学研究。在我们前期的研究基础上,本研究以柠檬酸和六水合硝酸铈为前驱物,以甘氨酸为表面钝化剂,通过反应釜水热碳化法合成了一种新型的铈掺杂型碳量子点（Ce-doped CQDs）,在保留了传统碳量子点低毒性和优异的荧光特性的基础上,进一步赋予了其清除活性氧自由基的能力。本文系统表征了Ce-doped CQDs的物理、化学、光学性能,深入研究了其活性氧自由基的清除能力,并探索了Ce-doped CQDs应用于生物抗氧化的可能性。方法:1.以六水合硝酸铈、柠檬酸为前驱物,以甘氨酸为表面钝化剂,通过反应釜水热碳化法制备铈掺杂型碳量子点（Ce-doped CQDs）。2.通过高倍透射电子显微镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）进行物理形貌的表征;X射线光电子能谱分析（XPS）和傅里叶变换红外光谱法（FTIR）进行化学特性的表征;紫外-可见光分光光度计、荧光光谱用于进行光学性能的表征。3.根据典型的芬顿反应,以甲基紫（MV）为显色剂,利用Fe²⁺可催化H₂O₂产生羟基自由基进而使MV变色的现象,建立分光光度法表征Ce-doped CQDs清除羟基自由基的活性;此外,还利用电子自旋共振光谱法（ESR）辅助证明了Ce-doped CQDs的羟基自由基清除活性。4.通过CCK-8实验验证Ce-doped CQDs的细胞相容性,采用激光共聚焦显微镜观察细胞吞噬Ce-doped CQDs的情况以及在细胞中的定位,并验证Ce-dopedCQDs在活细胞荧光实时成像领域的应用。5.利用过氧化氢建立体外细胞氧化应激模型,通过CCK-8和活死细胞荧光染色,探索Ce-doped CQDs生物抗氧化的能力。结果:1.通过一系列反应条件的优化,最终确定1.68 g柠檬酸、1.50 g甘氨酸和0.8 g的Ce（NO₃）₃·6H₂O,20 mL的反应体系,200℃加热4 h为最佳的反应条件,所得的Ce-doped CQDs具有最优的碳化效果和荧光性能。2.Ce-doped CQDs平均尺寸为约2.5 nm,符合高斯正态分布曲线,具有良好的分散性,形状近似球状,具有混合物相结构,兼具石墨烯和氧化石墨烯的两种特性。Ce-doped CQDs主要由碳、氮、氧和铈元素组成。表面富含羧基、羟基等含氧基团,赋予其良好的水溶性。与抗氧化相关性较高的Ce³⁺的比例约为46.03%。Ce-doped CQDs具有良好的光致发光特性和光稳定性。3.甲基紫显色实验结果证实即使低浓度的Ce-doped CQDs也可以迅速恢复MV溶液的颜色和582 nm处的吸光度值,这说明Ce-doped CQDs能够快速、高效地清除羟基自由基,同时,长循环实验验证了Ce-doped CQDs表面的氧化还原反应是连续不间断的过程。ESR实验进一步证实了上述结果。4.不同浓度的Ce-doped CQDs与MEF、NIH 3T3细胞共孵育,即使浓度高达800μg/mL,细胞仍可以保持较高的活性,Ce-doped CQDs对细胞没有表现出明显的毒性。Ce-doped CQDs被细胞吞噬后,细胞形态并未表现出明显改变;主要定位于胞质中,蓝色激发光下发射出明亮的绿光荧光。Ce-doped CQDs可以在5 min内,迅速的进入细胞,并可以维持较长时间的光致发光。5.MEF和NIH 3T3细胞的氧化应激结果表明,Ce-doped CQDs可有效保护细胞免于羟基自由基损伤,减少细胞的凋亡情况,提高细胞的存活率。结论:1.成功制备了具有高性能羟基自由基清除能力的Ce-doped CQDs。Ce-dopedCQDs由碳、氮、氧和铈元素组成,颗粒表面富含含氧基团和含氮基团,使其具有良好的水溶性和荧光性能。2.Ce-doped CQDs超高比表面积促进Ce³⁺/Ce⁴⁺比例升高,进而显著增强对羟基自由基的清除能力。3.Ce-doped CQDs具有良好的生物相容性,可快速透过细胞膜进入细胞质,并成功应用于活细胞实时荧光成像。4.Ce-doped CQDs在体外实验中表现出高效的生物抗氧化性能。