荧光碳纳米粒子具有激发波长依赖性、优良的发光效率、强的光耐受性等优异的光学性质,受到研究者的广泛关注。与传统的半导体量子点相比,碳纳米粒子具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性,是可替代半导体量子点的最佳选择。本论文采用不同方法制备了荧光碳纳米粒子,对各种碳纳米粒子的光学性质进行表征,并将所制备的碳纳米粒子用于金属离子检测和生物成像。主要内容包括：第一章：概述碳纳米粒子组成、结构及发光特性,在此基础上,进一步对碳纳米粒子的制备方法及研究进展做了综述。第二章：以壳聚糖(chitosan)为碳源,醋酸为冷凝剂,乙二胺(NAC)为氮掺杂剂,利用微波法快速简单合成蓝色荧光(λkcm=421 nm)氮掺杂碳量子点(N-CDs)。利用元素分析、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收和荧光光谱对N-CDs进行了表征。研究表明,经过氮掺杂后碳量子点的荧光量子产率高达20.1%,与未掺杂CDs的荧光量子产率相比,提高近三倍；Fe3+与N-CDs发生光电子转移,可强烈地猝灭N-CDs的荧光,Fe3+检测线性范围为0.050-1.8 ppm,检出限为10 ppb。N-CDs探针应用于人肾癌细胞成像和细胞中Fe3+检测。第三章：以南瓜(pumpkin)为碳源,利用强酸(浓磷酸)氧化法制备了磷氮共掺杂黄色荧光碳量子点(R,N-CDs)、制备的P,N-CDs大小均一,平均尺寸为3.75 nm,表面富含磷酸基和酰胺键,荧光量子产率较高(9.42%),具有激发波长依赖性,荧光可逆性好。P,N-CDs具有pH值依赖性,当pH从1.5变化到7.4时,P,N-CDs位于550 nm处发射峰逐渐增强。在pH 4.7-7.4范围内,P,N-CDs荧光强度与pH呈线性关系,酸度系数(pKa)为4.17。P,N-CDs具有很好的生物相容性和细胞膜穿透性,应用于人乳腺癌细胞内pH检测和斑马鱼活体成像,可有效避免生物体内背景荧光的影响。第四章：采用五氧化二磷遇水放热的性质将冰醋酸碳化,制得交联状空心荧光碳纳米粒子(HC-NP)。所合成的碳纳米粒子是一种复杂的混合物,能发出明亮的绿色荧光(λcm=498 nm),在紫外线辐照或长期贮存表现出良好的稳定性。将其通过反相高效液相色谱法分离,得到13种不同粒径的碳纳米粒子组分。这些组分可产生不同颜色的荧光发射且呈现不同的量子产率,尤其我们分离得到了发红色荧光的碳纳米粒子。利用基质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)对13种HC-NP组分进行解析,可显示它们的碎片离子特性。分离后的组分与混合HC-NP相比,其细胞相容性更好,更适合做细胞成像的标记物。此外,选择包括红色荧光在内的4种组分应用于人乳腺癌细胞共聚焦荧光显微成像,显示分离后的HC-NP仅穿透细胞膜进入细胞质。第五章：采用乙二胺(EDA)和浓磷酸(H3P04)中和放热的性质将葡萄糖(glucose)碳化,制备了磷氮双掺杂空心荧光碳点(PNHCDs)。该反应具有无需外部热处理、仪器简单和反应时间短等特点。制备的PNHCDs具有小的粒径,空心结构,表面富含磷酸基、羟基、吡啶氮、吡咯氮等官能团。制备的PNHCDs用作抗癌药物载体。以阿霉素(DOX)为模型药物,测试了PNHCDs的载药能力,载药量高达35.43 wt%。DOX从PNHCDs-DOX中释放具有pH可控性,在癌细胞中靶向释放。PNHCDs-DOX用于模型鼠肿瘤治疗,与DOX相比表现出更好的肿瘤抑制效应和更低的生物毒副作用,归因于PNHCDs-DOX可加快体外细胞核转运和增强体内肿瘤累积效应。