石墨烯量子点作为一种新兴的荧光碳纳米材料,不仅具有类似传统半导体量子点的小尺寸和荧光性能,还具有低细胞毒性、化学惰性、稳定的荧光特性等优点而备受人们关注,极有希望成为在小分子检测和生物成像等荧光分析应用中传统半导体量子点的替代物。杂原子掺杂能有效调控石墨烯量子点的表面化学状态,提高荧光性能而被广泛应用于石墨烯量子点的制备过程中。本论文旨在基于硼掺杂石墨烯量子点的荧光特性,实现对水样中的铁离子及肿瘤标志物碱性磷酸酶的特异性荧光分析,为环境的保护和肿瘤的早期诊断提供快速、精准、灵敏及高效的方法。主要内容如下:(1)采用了一种简单的电化学方法合成了硼掺杂石墨烯量子点。通过施加恒电位于浸入硼砂溶液中的石墨电极,电解石墨电极获得含有硼掺杂石墨烯量子点的溶液,将所得溶液过滤,透析所得滤液并真空干燥后得到硼掺杂石墨烯量子点固体,所得硼掺杂石墨烯量子点粒径均一,发蓝色荧光,室温下可稳定存在数月。通过改变硼砂溶液的浓度,得到了不同硼掺杂量的硼掺杂石墨烯量子点,进而研究了硼掺杂石墨烯量子点的激发波长依赖和硼掺杂量依赖的荧光特性。(2)设计了一种硼掺杂石墨烯量子点荧光探针分析水样中铁离子含量。实验结果显示硼掺杂石墨烯量子点荧光信号的淬灭程度与水样中铁离子的浓度相关,但不受其他水样中可能存在的其它金属离子影响,故能实现对铁离子的特异性检测。利用光谱分析和密度泛函理论计算进一步研究了硼掺杂石墨烯量子点与铁离子之间的淬灭机理。分析结果显示水样中铁离子的浓度在0.01-100μmol/L范围内时,铁离子的浓度与所设计的荧光探针的荧光信号呈线性关系,最低检出限为0.005 ± 0.001 μmol/L,远低于WHO和EPA制定的饮用水标准中铁离子的含量(0.3ppm,5.36μmol/L),说明此方法在实际水样的检测中有巨大潜能。在三种实际水样(自来水、地表水和湖水)的检测中,检测结果与EPA推荐的原子吸收光谱法所测结果基本一致。(3)设计一种能够检测肿瘤细胞中碱性磷酸酶的表达水平的硼掺杂石墨烯量子点荧光探针。主要原理是铈离子与硼掺杂石墨烯量子点表面的羧基存在强相互作用导致硼掺杂石墨烯量子点的荧光被淬灭,当体系中存在腺苷三磷酸,细胞(如碱性磷酸酶正表达细胞:MCF-7细胞)表达的碱性磷酸酶将催化水解腺苷三磷酸产生磷酸根,水解产生的磷酸根与铈离子的强结合作用使得铈离子离开硼掺杂石墨烯量子点表面,硼掺杂石墨烯量子点的荧光得到恢复,且荧光信号的恢复程度与细胞表达的碱性磷酸酶水平相关,故基于此原理建立了分析细胞中碱性磷酸酶的方法。此法能有效避免非靶细胞的非特异性吸收的杂信号,也可用于碱性磷酸酶相关的酶的检测领域。