非共轭聚合物点(Non-conjugated polymer dots,NCPDs),是碳点家族中的新成员。NCPDs的结构特征是内核为无定型碳,壳层为聚合物,一般由非共轭聚合物碳化或者由可聚合单体经聚合、碳化而成。与共轭聚合物点(CPDs)相比,NCPDs不仅具有激发光依赖多色荧光性质、光稳定性好,而且具有良好的生物相容性,易修饰、加工等优点,因此,NCPDs在生物成像和标记等领域有广泛的应用前景,成为近年来纳米生物材料研究的热点之一。虽然碳点的研究始于2004年,但是有关NCPDs的研究最近才起步,还有很多问题亟待研究清楚。本论文中,分别采用含氮线性聚合物脱水、碳化和乙烯基单体热引发聚合、碳化这两条路线,对NCPDs的制备方法、结构、理化性质、荧光性能以及在细胞荧光成像、核磁共振成像(MRI)等方面的应用开展了详细研究。论文的具体研究内容如下:(1)以五种不同分子量的聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)为碳源,采用一步水热法制备出一系列的氮掺杂NCPDs样品,命名为PVP dots。通过改变水热反应的温度、时间、以及PVP的浓度来调控所生成的PVP dots的形貌、尺寸和发光性质。利用核磁共振氢谱、红外光谱和紫外-可见吸收光谱对其结构进行表征,发现其表面带有大量的不同链段长度的PVP分子,并保留了侧基五元芳杂环结构。利用透射电镜、激光动态光散射和荧光光谱等手段对上述五种PVP dots的形貌、粒径、流体力学半径和荧光性能进行了研究,发现它们都似球形,具有无定型结构的碳核,但是随着PVP原料分子量的增加,所得到的PVP dots的流体力学半径却随之降低,这可能是因为在水热反应过程中,长链的PVP聚合物分子断裂得更彻底,使得在PVP dots表面残留的PVP链段较短。其中,以分子量8000的PVP为反应物,在230 ℃下水热反应9小时获得的PVP dots的平均粒径约13.85 nm,其水溶液在365nm激发光照射下发出明亮的蓝色荧光(λem= 4101 nm),荧光量子产率(QY)可高达84.1%,而且该荧光发射行为受溶液的pH值、溶剂极性和温度等因素的影响。此外,细胞毒性实验结果显示PVP dots的毒性极低,而且在中国仓鼠卵巢细胞(CHO)中显影效果良好。(2)以乙烯基咪唑单体为原料,通过一步水热法合成荧光量子产率(QY =58%)的NCPDs样品,命名为PVIm dots。该NCPDs在365 nm光激发下发出蓝色荧光(λem=402nm)。探索了不同反应条件(包括水热反应的温度、时间、和乙烯基咪唑单体浓度)对所生成的PVIm dots的形貌、尺寸和发光性质的影响,发现其中水热反应的温度对产物的发光性质影响最大。还研究了溶液的pH值、溶剂温度和种类等外界因素对PVIIm dots荧光性质的影响,发现在pH = 3-13,高离子强度下,该PVIm dots具有最好的光稳定性。当把一定浓度的Cu2+加入到PVIm dots水溶液中,PVIm dots的荧光强度随Cu2+浓度的增加成直线下降乃至荧光淬灭,Cu2+最低检测限为2.34 μM。此外,细胞毒性实验结果显示PVIm dots的细胞毒性很低。在上述研究基础上,我们测试了 Cu2+-PVImdots络合物的纵向和横向磁弛豫时间(T1,T2),发现其T1值比游离的Cu2+缩短很多,而且Cu2+-PVImdots络合物的磁弛豫率(r1=1.05mM-1s-1)比游离的Cu2+的磁弛豫率(r1=0.43 mM-1 s-1)高两倍多,比Cu2+与单体VIm形成的配合物Cu2+-VIm的磁弛豫率(r1= 0.32 mM-1 s-1)高三倍,这说明该Cu2+-PVIm dots络合物该可用作T1加权的MRI造影剂。然后,我们选用MCF-7细胞为模型,发现该Cu2+-PVImdots络合物不仅可以有效标记MCF-7细胞,而且体外MRI效果良好。以上结果表明Cu2+-PVIm dots有望成为比传统的Gd3+基造影剂更安全的Cu2+基的MRI造影剂。