碳点是一种备受关注、具有多种潜在应用的明星级纳米材料。传统半导体量子点、有机荧光染料和分子纳米材料等,因为其存在潜在的高毒性、低量子产率、光漂白性、水溶性差以及制备过程复杂等缺点,影响了它们的实际应用,而碳点因其具有低毒性、抗光漂白能力强以及制备简单等优点,而被广泛应用于纳米生物医学中。本论文采用自下而上合成方法,通过水相回流和水热法控制制备碳点,合成了量子产率相对高的发射黄绿色荧光碳点,并对三种合成碳源不同的碳点进行了系统的讨论。在此基础上,在分子水平上研究了发射黄绿色荧光的碳点与小牛胸腺DNA的作用机理,探讨了将该碳点作为核酸的荧光探针的可能性。并对不同碳点与蛋白之间的相互作用进行了系统的研究,在分子水平上了解碳点与蛋白之间的作用机制,以及不同碳点与蛋白作用可能会产生的差异。本论文主要从五个部分展开:第一章,对碳点的制备方法、性质、表征方法以及生物应用等进行了系统介绍。并介绍了碳点与生物大分子相互作用的研究进展以及研究方法。归纳了本论文的研究背景、研究思路、研究意义以及主要的创新点。第二章,着眼于探讨碳点的可控制备。本章对于水相回流合成的碳点,进行了透射电镜(TEM)、量子产率、荧光寿命、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及傅里叶红外(FTIR)光谱表征,实验结果表明该方法合成的碳点性能优异。同时,通过水热法合成了三种不同的碳点,应用TEM、XPS以及FTIR、量子产率、紫外和荧光等方法进行表征,深入比较碳源差异性所造成的碳点性质的差异性。第三章,将紫外光谱法、荧光光谱法、圆二色光谱,红外光谱以及荧光寿命等多种光谱方法,以及电化学方法等多种技术手段用于探讨碳点与ctDNA的相互作用。研究表明碳点与ctDNA作用模式是插入作用,并进一步论证了碳点作为一种插入型的DNA荧光探针的可行性。第四章,主要研究了不同碳点与蛋白质的相互作用。研究了相互作用的微观机制、结合常数和主要作用力;用多种光谱研究了碳点对蛋白质构象的影响;通过位点竞争研究了不同碳点与蛋白质相互作用的具体结合部位;同时,通过分子对接技术从理论上进一步验证了实验结果的可靠性;此外,通过电化学方法进一步研究了碳点与蛋白质作用的系列参数,探讨了相互作用的电子转移机理。