随着量子点(quantum dots, QDs)在化学、生物、药物和医学诊断等领域的深入研究和广泛应用,高质量、多功能胶体纳米晶体量子点的水相合成得到了极大的发展。此外,量子点的生物效应也得到广大研究者们的关注。本论文重点在绿色、一步水热和一步回流掺杂等方法合成水溶性量子点方面进行了有益地探索,在此基础上研究了量子点对DNA、牛血清白蛋白(BSA)和细菌细胞等影响,并相应提出了量子点可能的作用机制；同时利用量子点较大的双光子吸收横截面,在双光子激发下,简单探索量子点在光动力治疗中的应用,论文主要内容如下：第一章：本章对量子点的概述、发光机理、光学性质、合成方法、生物效应和生物医学应用等方面做了较全面的介绍。第二章：利用普通蛋白BSA原位捕获量子点前驱体Cd2+,简单合成了BSA-CdSe量子点。荧光和吸收光谱表明BSA和Cd2+的络合时间、BSA/Cd2+摩尔比例、pH和温度等是合成高质量量子点的重要条件。并利用FT-IR和TG初步研究了BSA指导合成量子点的机理。此外,荧光显微镜证明BSA-CdSe量子点可以成功标记大肠杆菌细胞。第三章：利用溶菌酶(Lyz)为模板,在室温下,绿色成功合成了多功能荧光-蛋白Lyz-CdSe复合材料。采用荧光、紫外吸收、HRTEM和XRD多种测试手段对产品进行了表征。ATR-FTIR和TG初步研究了相关合成机理。此外,我们重点考察了Lyz的生物活性和构象等。利用荧光偏振和荧光显微镜考察量子点是否对Lyz的构象和活性产生影响,结果表明Lyz-CdSe量子点仍然具有Lyz的生物活性。这种合成策略既合成了荧光量子点,又得到了特殊生物功能。第四章：选取N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)为稳定剂,利用水热法一步快速合成水溶性CdTe/CdS量子点。NAC不仅作为稳定剂,而且可以热分解释放的硫源形成CdS壳,产生了低毒的量子点。利用UV-vis、FL、TEM、XRD、XPS、EDS和FT-IR等手段,对合成的量子点进行了详细的表征。对核壳结构的CdTe/CdS量子点的形成机理进行了详尽的研究。此外,本章用微量热方法研究了CdTe/MPA量子点和CdTe/CdS量子点对四膜虫Tetrahymena生长代谢的影响,结果说明新策略合成的量子点能够有效地减小对Tetrahymena生长过程的影响,即毒性减小。第五章：通过回流掺杂法,一步简单合成谷胱甘肽(GSH)包裹的CdTe:Zn2+量子点。由于Zn2+的掺杂和形成CdS外壳,合成的量子点具有强荧光、低毒性和高生物相容性。采用UV-vis、FL、TEM、XRD、XPS、EDS和FT-IR等手段,对合成的量子点进行了详细的表征。此外,用微量热方法和ICP-AES技术证明CdTe:Zn2+量子点的低毒性。第六章：采用光谱和电化学方法研究了CdSe/CdS量子点与DNA (dsDNA和ssDNA)之间的相互作用。吸收光谱分别给出了dsDNA-QDs和ssDNA-QDs的表观结合常数,同时电化学分离法也证明dsDNA-QDs之间的结合力强。以CdTe量子点为作用对象,采用荧光猝灭、圆二色谱、ATR-FTIR和UV-vis吸收光谱等方法分别研究了不同粒径((green-emitting QDs, GQDs)、(yellow-emitting QDs, YQDs)和(red-emitting QDs, RQDs))和不同表面修饰(mercaptopropanoic acid (MPA)、L-cysteine (L-cys)和glutathione (GSH))的量子点与BSA之间的相互作用,并比较了不同粒径和不同表面修饰量子点与BSA作用的猝灭常数、相应的热力学参数和对BSA构型的影响。利用光密度和微量热法,研究了CdTe/MPA量子点对E. coli的生长代谢影响。采用ATR-FTIR、荧光偏振和SEM对量子点的毒性机制进行了探讨。结果表明,量子点对E. coli具有较强的细胞毒性,可能的作用机制为量子点本身产生的自由基、活性氧和重金属Cd2+等共同作用的结果。第七章：利用两步反相微乳液法合成分别以QDs/SiO2或QDs/RITC-SiO2为核,以HP掺杂介孔二氧化硅HP-mSiO2为壳的复合材料QDs/SiO2/HP-mSiO2和QDs/RITC-SiO2/HP-mSiO2。QDs/SiO2/HP-mSiO2和QDs/RITC-SiO2/HP-mSiO2不仅能够通过能量转移有效产生单线态氧和生物兼容性,而且可以作为光敏剂的载体和光氧化反应的纳米反应器。这种材料在肿瘤细胞组织的光动力治疗与成像方面有较大的应用空间。