碳点通常是指一类尺寸小于10 nm,以碳元素为主要成分的零维材料。碳点材料制备容易、原料来源广泛、量子产率高、毒性低,广泛应用于荧光检测,细胞成像,肿瘤治疗等领域。超碳点(Supra Carbon Nanodots,S-CNDs)是由碳点自组装形成的聚集体。它将碳点的吸收光谱红移至近红外区域。超碳点的合成方法简单,无需多余的化学修饰就可以吸收利用近红外光,适应人体环境,有巨大的应用潜力。本文中,我们以癌细胞的检测和治疗为目的,设计合成了pH特异性响应聚集的超碳点,利用癌细胞和正常细胞环境酸性的差异,在细胞内形成聚集程度不同的超碳点,通过细胞内超碳点聚集程度的不同导致的荧光淬灭和光热转换效率的差异实现癌细胞的成像诊断和光热治疗。主要研究内容如下:1.以柠檬酸和二氰胺为原料合成一种pH响应聚集的蓝色荧光碳点(Blue Carbon Nanodots,B-CNDs),加入盐酸调节溶液pH使B-CNDs发生质子化反应,B-CNDs在静电作用下聚集形成具有近红外区域光热转换性能的S-CNDs。S-CNDs的尺寸明显大于B-CNDs。它在450-900 nm处出现新的吸收峰,颜色由黄色变为黑色。B-CNDs聚集后,轨道耦合,能级发生变化,吸收光谱强度增加并且在近红外区域出现新吸收峰。探究环境酸性对S-CNDs性质的影响时发现,B-CNDs在环境pH=4.7时,聚集突然加剧,形成的S-CNDs尺寸更大,荧光更弱。近红外光照射S-CNDs时,光生电子主要以非辐射方式驰豫,S-CNDs可以将光能有效地转换成热能。它在650 nm光照射下的光热转换效率高达42.13%。S-CNDs具备良好的水溶性,优异的生物相容性,并且可以高效地将近红外光能转换为热能。该方法首次通过调节环境pH的方法诱导B-CNDs聚集形成近红外S-CNDs,为近红外碳点的合成提供了更多可能性。2.本章成功地将上文合成的B-CNDs用于人肝癌细胞成像诊断和选择性光热治疗。上文证明,B-CNDs的聚集程度随环境酸性的增强而增大。人肝癌细胞溶酶体的pH较人肝正常细胞的pH更低,所以B-CNDs在人肝癌细胞中的聚集程度更大,荧光淬灭更严重。B-CNDs在人肝癌细胞中的荧光强度弱于人肝正常细胞的,通过荧光成像即可区分二者,实现人肝癌细胞诊断。人肝癌细胞中B-CNDs的聚集程度大,生成的S-CNDs尺寸较大、光热转换效率较高。用相同功率的650 nm光照射人肝癌细胞和人肝正常细胞相同时间,通过流式细胞仪分别收集两种细胞并对细胞活性进行统计,癌细胞的死亡率高达90%而正常细胞仍大量存活。相同光照条件下,B-CNDs大量破坏了人肝癌细胞,对人肝正常细胞几乎没有杀伤性,成功实现了人肝癌细胞选择性光热治疗。本章利用B-CNDs固有的性质实现了人肝癌细胞成像诊断和选择性光热治疗。这是首次利用碳点自身的酸性响应聚集性质实现肿瘤选择性光热治疗,为提高光热治疗的选择性带来了新方法。