铜离子（Cu2+），人体中第三丰富的过渡金属离子，在生物系统中起着至关重要的作用。作为众多酶的辅酶因子，铜离子的含量过低或过高，都会对人体的生物系统造成巨大影响。目前对于Cu2+检测的方法很多，其中荧光检测技术因具有较高的灵敏度，易操作，光谱干扰少，吸收波段宽等优点而受到广泛关注。但是大部分荧光探针主要使用有机溶剂，在水中的溶解性差，限制了探针在环境及其生物领域中的应用。 碳量子点(Carbon Quantum Dots，CQDs)是一种发现于2004年的新型荧光材料，因其突出的荧光性能、良好的光学稳定性以及表面易修饰性等特点，尤其是其优越的生物相容性与低毒性，被认为是可以替代金属半导体荧光染料的有力替选材料之一。但是与无机量子点和有机染料相比，碳量子点的荧光产率较低。因此制备一种具有较高荧光产率，良好荧光性能以及生物相容性的碳量子点意义重大。 基于以上所述，论文主要内容如下： 1、以废弃山竹壳为原料，通过一步碳化的方法获得含碳量75%以上，具有相对完整碳网结构的碳化山竹壳。山竹壳材料结构的完善，有助于制备CQDs效率的提高。 2、以碳化山竹壳为碳源，采用混酸氧化切割的方法，成功制备具有蓝绿色荧光的山竹壳基碳量子点，荧光产率为5.1%，该碳量子点平均尺寸2.7 nm，在高分辨率透射电镜下可以观察到明显的晶格条纹，晶面间距为0.246 nm，对应类石墨的(001)晶面。红外图谱分析证明其表面富含羟基羧基，水溶性良好，易于修饰钝化。 3、在山竹壳基碳量子点CQDs的基础上，以聚乙烯亚胺BPEI作为修饰剂，通过一步水热的方法对 CQDs进行修饰，使其表面富含可与 Cu2+发生络合反应的氨基。经过优化制备条件， BPEI-CQDs水溶性良好，粒径分布在3~9 nm范围内，平均粒径为4.9 nm。红外光谱证明BPEI成功在CQDs表面修饰，与修饰前CQDs相比， BPEI-CQDs荧光性能得到改善，荧光产率从5.1%提升到24.2%。同时荧光发射峰发生蓝移，紫外灯照射下可发出明亮蓝色荧光。通过测试BPEI-CQDs水溶液中对不同金属离子以及不同浓度 Cu2+的荧光响应情况，可知 Cu2+可以使 BPEI-CQDs发生荧光猝灭，从而可以对 Cu2+进行特异性识别。同时 BPEI-CQDs的荧光猝灭程度与Cu2+浓度线性相关，线性范围为5~60μmol/L，检测限为0.69μmol/L，满足人体细胞内 Cu2+含量(10-4~10-6 mol/L)的检测要求，为其应用于细胞内Cu2+检测提供理论基础。 4、将制备的 BPEI-CQDs应用在小鼠成纤维细胞 L929的细胞成像以及细胞内铜离子的检测上。MTT结果表明BPEI-CQDs具有低毒性以及良好的生物相容性，BPEI-CQDs可以通过细胞膜，停留于细胞质中。改变激发波长，细胞荧光成像颜色发生变化，对应其波长依赖的性质。在外源Cu2+的作用下，细胞内荧光发生明显猝灭，为实现细胞内Cu2+的检测提供建议。
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