鄭 敏，劉坤梅，蘇 雅

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，材料科學(xué)高等研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

1 引 言

碳點(diǎn)(Carbon dots,CDs)是一類新型的零維熒光碳納米材料，其直徑通常小于10 nm。CDs的內(nèi)核主要由石墨化的sp2碳組成，賦予CDs良好的光穩(wěn)定性和高比表面積。CDs表面富含多種官能團(tuán)如胺基、羧基、羥基和羰基等使其具有良好的水溶性，同時(shí)也利于同各種功能小分子和生物大分子等反應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能和應(yīng)用的多樣化。對(duì)于CDs來(lái)說(shuō)，前驅(qū)體和合成方法的選擇直接決定它們的物理化學(xué)性質(zhì)，如尺寸、結(jié)晶度、碳/氧/氮含量、熒光特性、穩(wěn)定性和生物相容性等。CDs的制備方法可以概括為兩大類：自上而下和自下而上法。自上而下法是通過(guò)物理、化學(xué)或電化學(xué)的方法將碳材料(如炭黑、石墨、石墨烯和碳納米管等)切割或分解成納米尺寸的顆粒，通常包括電弧放電法、激光消融法、電化學(xué)法和化學(xué)氧化法等，這類方法通常需要苛刻的實(shí)驗(yàn)條件如強(qiáng)氧化劑、濃酸和高溫等，而且所制備的CDs需要進(jìn)一步的鈍化以提高其穩(wěn)定性和發(fā)光性能；自下而上法主要通過(guò)小分子或大分子的脫水、聚合和碳化而形成CDs，通常包括水/溶劑熱法、熱解法和微波輔助熱解法等，這類方法原材料來(lái)源廣泛，合成簡(jiǎn)單易行、制備成本低、適合CDs的大規(guī)模生產(chǎn)，促進(jìn)了CDs的實(shí)際應(yīng)用推廣，是目前比較常用的合成方法。

CDs所具有的尺寸小、比表面積大、表面易功能化、穩(wěn)定性強(qiáng)、水溶性和生物相容性好、毒性低等特性[1-3]，使其在生物成像[3-9]、熒光傳感[10-17]、藥物/染料/蛋白的遞送[18-22]、以及癌癥診斷治療[24-30]等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文將從 CDs 在生物成像、藥物/染料/蛋白/基因的遞送和癌癥診斷治療等方面介紹其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展。

2 碳點(diǎn)在生物成像中的應(yīng)用

目前，用于生物成像的材料主要包括有機(jī)熒光染料、半導(dǎo)體量子點(diǎn)、稀土納米晶和碳點(diǎn)等。傳統(tǒng)的有機(jī)染料雖具有較高的熒光量子產(chǎn)率，但是其合成過(guò)程復(fù)雜、斯托克斯位移窄、光穩(wěn)定性和水溶性差等缺點(diǎn)限制了其在生物成像中的應(yīng)用。半導(dǎo)體量子點(diǎn)雖具有發(fā)光可調(diào)和良好的光穩(wěn)定性，但自身所具有的重金屬毒性會(huì)給生物體和環(huán)境造成危害。稀土納米晶雖易實(shí)現(xiàn)近紅外區(qū)生物成像，但大都易在生物體內(nèi)聚集，無(wú)法通過(guò)代謝排出體外。與上述三類材料相比，CDs不僅在抗光漂白和無(wú)閃爍的光穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢(shì)，而且毒性更低、生物相容性更好、親水性更強(qiáng)、表面功能基團(tuán)更豐富，是一類用于生物熒光成像研究最為理想的材料之一。近年來(lái)，許多研究實(shí)現(xiàn)了將CDs用于非特異性或特異性細(xì)胞成像和體內(nèi)組織成像。

對(duì)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞如人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞(Caco-2)、人宮頸癌細(xì)胞(HeLa)、腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞(C6)、人肝癌細(xì)胞(HepG2)、人肺癌細(xì)胞(A549)和小鼠成纖維細(xì)胞(L929)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)CDs被細(xì)胞攝取之后，滯留在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，而不能實(shí)現(xiàn)在某一細(xì)胞器的特異性分布。 最近，也有一些針對(duì)某種細(xì)胞器(如細(xì)胞核[31]、核仁[32]、溶酶體[33]、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[34]、線粒體[35]和高爾基體[36]等)的特異性成像的報(bào)道。某些CDs還可以通過(guò)特定的細(xì)胞器標(biāo)記來(lái)區(qū)分癌細(xì)胞和正常細(xì)胞。Duan等[37]以鄰苯二胺為原料合成的CDs，可以通過(guò)肝癌細(xì)胞核的特異性染色來(lái)區(qū)分肝癌細(xì)胞(HepG2)和正常人肝細(xì)胞(LO2)。這種現(xiàn)象可能是由于正常細(xì)胞和癌細(xì)胞之間存在細(xì)胞酸堿度、內(nèi)體-溶酶體系統(tǒng)和核孔復(fù)合體的核孔蛋白等方面的差異造成的。此外，用葉酸功能化的CDs可以靶向和鑒定葉酸受體過(guò)度表達(dá)的癌細(xì)胞[38](如MCF-7、HeLa、HepG2)。

一些CDs不需要額外地引入靶向分子，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的特異性識(shí)別。如Zheng等[7,16]以D-葡萄糖和L-天冬氨酸為原料制備的CD-Asp，可靶向腦腫瘤細(xì)胞(C6)。小鼠的熒光活體成像數(shù)據(jù)表明，通過(guò)尾靜脈注射的 CD-Asp 能快速地穿過(guò)血腦屏障，精準(zhǔn)地靶向神經(jīng)膠質(zhì)瘤部位，而在正常腦組織內(nèi)的分布卻非常少，充分證實(shí)了 CD-Asp 對(duì)腦膠質(zhì)瘤的靶向成像功能(圖1(a))。為了研究確定CD-Asp對(duì)C6細(xì)胞選擇性的可能因素，他們分別以D-葡萄糖、L-天冬氨酸或D-葡萄糖和L-谷氨酸制備了CD-G、CD-A和CD-Glu，結(jié)果證實(shí)這三類CDs都對(duì)C6沒(méi)有靶向性。他們推測(cè)CD-Asp的靶向作用可能是由于在用D-葡萄糖和L-天冬氨酸制備CD-Asp的過(guò)程中，在CD-Asp的邊緣形成了類似于RGD的官能團(tuán)，導(dǎo)致CD-Asp的高膠質(zhì)瘤靶向效率。

圖1 (a)尾靜脈注射CDs之后小鼠體內(nèi)熒光成像照片[7];(b)HfCDs制備及其在原位肝臟腫瘤部位的熒光/CT雙模態(tài)成像示意圖[4]。

此外，基于CDs的多模式成像逐漸被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，如Diego等[39]以檸檬酸、乙二胺、氯化釓和氯化鐿為原料，制備了N、Gd、Yb共摻雜的CDs，可用于磁共振、CT和熒光三模式成像。Su等[4]以檸檬酸、硫脲和氯化鉿為原料，通過(guò)熱解法制備了一種鉿摻雜熒光碳點(diǎn)(HfCDs)，所制備的HfCDs可以靶向蓄積于原位肝臟腫瘤部位，并且能夠在1 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速腫瘤靶向的熒光/CT雙模式成像(圖1(b))。為了進(jìn)一步研究HfCDs對(duì)腫瘤靶向和成像的普適性，他們建立了原位宮頸腫瘤模型和右肢皮下腫瘤模型，都能夠在腫瘤中檢測(cè)到強(qiáng)的熒光/CT信號(hào)。

3 碳點(diǎn)在藥物/染料/蛋白/基因遞送方面的應(yīng)用

眾所周知，CDs 是由碳核(無(wú)定形碳或石墨碳，并摻雜有共軛芳環(huán))和鍵連大量有機(jī)官能團(tuán)的邊緣結(jié)構(gòu)所組成。其疏水的共軛結(jié)構(gòu)易于和其他的芳香性分子發(fā)生 π-π 堆積或疏水相互作用，而處于其邊緣的有機(jī)官能團(tuán)則有助于和其他化合物發(fā)生靜電相互作用，或與功能分子進(jìn)行共價(jià)鍵合。因此，CDs 實(shí)現(xiàn)抗癌藥物、有機(jī)功能染料、蛋白質(zhì)或基因的遞送主要有兩種途徑：(1)共價(jià)鍵合；(2)非共價(jià)相互作用(如 π-π 堆積、靜電相互作用和氫鍵等)。

3.1 碳點(diǎn)用于抗癌藥物的遞送

Zheng等[30]合成出具有多色發(fā)光特性(從藍(lán)光到紅光)的CDs，并利用其表面大量胺基和抗癌藥物奧沙利鉑進(jìn)行共價(jià)鍵合，構(gòu)筑了新型的診斷治療納米藥物體系(CD-Oxa)。CD-Oxa的平均粒徑只有2.3 nm，這種超小粒徑的納米載藥體系，在降低被RES吸收的同時(shí)，又可以增強(qiáng)藥物在腫瘤組織的富集，延長(zhǎng)藥物的作用時(shí)間。在這一納米復(fù)合體系中，一方面，CDs作為藥物的載體，通過(guò)和抗癌藥物的共價(jià)偶聯(lián)使兩者合二為一，保證了納米藥物的穩(wěn)定性；另一方面，CDs多色發(fā)光的特性使得該類納米藥物具有體內(nèi)和體外熒光成像的能力，通過(guò)監(jiān)測(cè)熒光強(qiáng)度的變化，就可以達(dá)到跟蹤藥物的生物分布的目的；此外，腫瘤內(nèi)的強(qiáng)還原環(huán)境有利于實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明CD-Oxa可以通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入癌細(xì)胞內(nèi)，從細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)來(lái)看，其對(duì)癌細(xì)胞的殺傷力足以和小分子奧沙利鉑相媲美。她們以H22肝腫瘤為研究模型，通過(guò)動(dòng)物活體的熒光成像來(lái)檢測(cè)藥物在腫瘤部位的代謝，根據(jù)熒光強(qiáng)度的變化來(lái)決定給藥的時(shí)間和劑量，實(shí)現(xiàn)疾病診斷和治療的一體化(圖2(a))。Feng 等[40]構(gòu)建了一種基于CDs的腫瘤微環(huán)境敏感的納米復(fù)合體系CDs-Pt(Ⅳ)@PEG-(PAH/DMMA)，其具有電荷變化特性，PEG-(PAH/DMMA)在正常生理?xiàng)l件下(pH 7.4)帶負(fù)電荷，而在腫瘤細(xì)胞外微環(huán)境下(pH 6.8)變?yōu)檎姾?，PEG-(PAH/DMMA)和正電荷的CDs-Pt(Ⅳ)的靜電排斥增強(qiáng)，促進(jìn)CDs-Pt(Ⅳ)的釋放。重要的是，帶正電荷的CDs-Pt(Ⅳ)@PEG-(PAH/DMMA)對(duì)帶負(fù)電荷的癌細(xì)胞膜顯示出高親和力，這導(dǎo)致順鉑(Ⅳ)前體藥物在還原性細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)化和有效激活。CDs-Pt(Ⅳ)@PEG-(PAH/DMMA)擁有多重功能：多色成像、延長(zhǎng)血液循環(huán)時(shí)間、在腫瘤部位有效積累、增強(qiáng)癌細(xì)胞內(nèi)化、促進(jìn)內(nèi)體逃逸、控制細(xì)胞內(nèi)的藥物釋放，提高了體內(nèi)外的腫瘤抑制效率，副作用小(圖2(b))。Sun等[22]通過(guò)熱解D-葡萄糖和L-谷氨酸的混合物合成的CDs，可以通過(guò) π-π 堆積和靜電相互作用與抗腫瘤藥物阿霉素(DOX)進(jìn)行超分子共組裝，所制備的 CDs-DOX復(fù)合物具有pH敏感的藥物擔(dān)載和釋放行為。DOX在pH 7.4時(shí)的擔(dān)載率(260%)遠(yuǎn)高于pH 5.0時(shí)的擔(dān)載率，這主要是由于在較低的pH下DOX發(fā)生質(zhì)子化，削弱了DOX和CDs之間的相互作用。從在不同的pH(5.0和7.4)下CDs-DOX的釋藥行為評(píng)價(jià)來(lái)看，DOX在pH 5.0的釋放速率明顯高于pH 7.4，這是因?yàn)樵谳^低的pH下，質(zhì)子化的DOX提高了親水性，導(dǎo)致負(fù)載的DOX快速釋放。DOX的這種pH敏感的藥物釋放行為有利于癌癥的有效治療(圖2(c))。Wang等[41]通過(guò)CDs和殼聚糖的交聯(lián)反應(yīng)合成了殼聚糖-CDs納米凝膠(CCHNs)，CCHNs中的CDs可以通過(guò)π-π堆積和靜電吸引與DOX作用，提高CCHNs的DOX擔(dān)載率。此外，殼聚糖的pH/近紅外雙重響應(yīng)特性使得內(nèi)源性pH觸發(fā)的藥物在腫瘤部位的釋放和外源性近紅外增強(qiáng)的藥物釋放能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同治療，以有效殺死4T1癌細(xì)胞。體內(nèi)研究證實(shí)，作為DOX納米載體，CCHNs對(duì)小鼠植入的4T1腫瘤顯示出很高的療效(圖2(d))。

圖2 (a)CDs-Oxa制備及其在生物成像和腫瘤治療中的應(yīng)用示意圖[30];(b)CDs-Pt(Ⅳ)@PEG-(PAH/DMMA)用于藥物遞送[40];(c)CDs與阿霉素(DOX)的共組裝過(guò)程及其被細(xì)胞攝取示意圖[22];(d)DOX-CCHNs用于近紅外成像和聯(lián)合治療[41]。

3.2 碳點(diǎn)用于有機(jī)功能染料的遞送

Gao等[20]以3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟-1-辛醇和聚(乙烯亞胺)為原料，制備了具有細(xì)胞核靶向功能的氟摻雜碳點(diǎn)(FCDs)。FCDs具有水溶性高、穩(wěn)定性好、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，是藥物和染料傳遞的理想載體。他們以DOX和二吡咯甲基硼(BODIPY)分別作為模型藥物和模型染料與FCDs進(jìn)行超分子組裝，分別制備了FCD-DOX和FCD-BODIPY納米復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)CDs可以大幅提高DOX/BODIPY的細(xì)胞攝取能力和遞送效率，實(shí)現(xiàn)有機(jī)功能染料和抗癌藥物的靶向遞送(圖3(a))。Zhang等[6]通過(guò)CDs和疏水的聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)染料分子的超分子共組裝，制備了穩(wěn)定的熒光納米粒子CDsG-AIE 1。CDsG-AIE 1顯示出大斯托克斯位移、優(yōu)異的物理和光穩(wěn)定性、良好的生物相容性、高熒光量子效率和強(qiáng)耐光漂白性等特性。更重要的是，CDsG-AIE 1可以很容易地被HeLa細(xì)胞攝取，并且在15 d內(nèi)經(jīng)過(guò)6代后，仍然可以清楚地觀察到來(lái)自納米顆粒的紅色熒光。此外，CDsG-AIE 1在體內(nèi)也表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期成像能力。這些優(yōu)良性能使CDsG-AIE 1成為無(wú)創(chuàng)長(zhǎng)期追蹤和成像應(yīng)用的理想熒光探針(圖3(b))。

圖3 (a)氟摻雜碳點(diǎn)(FCDs)的制備及其在抗癌藥物和有機(jī)功能染料遞送中的應(yīng)用[20];(b)CDsG-AIE 納米粒的體內(nèi)和體外長(zhǎng)期熒光成像照片[6]。

3.3 碳點(diǎn)用于蛋白質(zhì)的遞送

Zhang等[23]以增強(qiáng)型綠色熒光蛋白(EGFP)作為模型蛋白，通過(guò)EGFP與CDs共組裝，合成CDs- EGFP納米復(fù)合體系，評(píng)估CDs擔(dān)載和遞送蛋白質(zhì)的能力。在這一體系中帶負(fù)電荷的CDs和帶負(fù)電的EGFP可以形成非常穩(wěn)定的復(fù)合物，蛋白的包封效率高達(dá)83.3%。通過(guò)二者的復(fù)合顯著地提高了蛋白的穩(wěn)定性和細(xì)胞內(nèi)遞送效率。為了證明這種方法的普適性，他們嘗試了另外一種帶負(fù)電荷的CDs-Asp與人血清白蛋白(HSA)的共組裝，結(jié)果證實(shí)CDs-Asp仍可以和HSA 共組裝成穩(wěn)定的納米顆粒(圖4(a))。與游離蛋白質(zhì)相比，CDs-蛋白復(fù)合物可以保護(hù)蛋白質(zhì)免受酶水解，并有效地將蛋白傳遞到細(xì)胞中。Li等[21]研究了帶正電荷的CDs與帶負(fù)電荷的蓖麻毒素蛋白B鏈的共組裝，制備CDs-RTB超分子復(fù)合物，RTB的負(fù)載效率為81.7%。CDs-RTB不僅具有良好的生理穩(wěn)定性，而且有效地阻止蛋白質(zhì)的酶降解、提高了RTB胞內(nèi)遞送效率。更重要的是，與游離RTB相比，CDs-RTB可促進(jìn)巨噬細(xì)胞增殖，有效地提高炎癥因子的mRNA表達(dá)水平，增強(qiáng)了RTB免疫調(diào)節(jié)活性(圖4(b))。Lu等[19]用簡(jiǎn)單的溶劑熱法制備了表面帶有醛基的CDs，通過(guò)與4-氨基苯硼酸的縮合反應(yīng)，合成氨基苯硼酸修飾的碳點(diǎn)CD-B。CD-B可通過(guò)并以其為載體實(shí)現(xiàn)了血紅蛋白(Hb)和葡萄糖氧化酶(GOX)的高效遞送。Hb與CDs復(fù)合后，其包封率高達(dá)94.3%，值得一提的是，Hb@CD-B和GOX(O2，CO)結(jié)合后具有獨(dú)特的吸收帶，這說(shuō)明它保留了天然Hb結(jié)合和釋放氧的能力。GOX與CDs復(fù)合后，其生物活性仍保持在93.8%。與游離的GOX相比，GOX@CD-B的酶活性在室溫下更穩(wěn)定。這些結(jié)果證明碳點(diǎn)和蛋白組裝后很大程度改善了蛋白藥物易聚集、降解的缺點(diǎn)，使蛋白更容易被遞送到細(xì)胞內(nèi)并發(fā)揮作用。

圖4 (a)CDs與綠色熒光蛋白超分子共組裝[23];(b)CDs與蓖麻毒素蛋白B鏈的共組裝[21]。

3.4 碳點(diǎn)用于基因的遞送

在CDs表面修飾易同基因結(jié)合的陽(yáng)離子聚合物如聚乙烯亞胺(PEI)等，即可實(shí)現(xiàn)基因的遞送。比如Liu等[42]以甘油和PEI25k為原料，通過(guò)微波輔助熱解法制備了PEI功能化的CDs，PEI既鈍化了CDs表面，賦予CDs強(qiáng)的光致發(fā)光特性，又可以通過(guò)靜電相互作用和DNA復(fù)合，用于基因轉(zhuǎn)染。此后，該課題組[43]將聚[甲基丙烯酸2-(二甲氨基)乙酯]-b-聚[N-(3-(甲基丙烯酰氨基)丙基)-N，N-二甲基-N-(3-磺丙基)氫氧化銨](PDMAEMA-b-PMPDSAH)修飾在CDs表面，制備多功能的基因遞送體系CD-PDMA-PMPD。在CD-PDMA-PMPD中CDs核作為良好的多色細(xì)胞成像探針，PDMAEMA作為DNA縮合劑可與DNA復(fù)合，兩性離子PMPDSAH的外殼可以阻止載體與血清的非特異性相互作用。在30%和50%的血清濃度下，CD-PDMA80-PMPD40分別顯示出比PEI25k高13和28倍的轉(zhuǎn)染效率。Wang等[44]利用低分子量?jī)捎H性PEI(烷基-PEI2k)進(jìn)行表面鈍化，合成的烷基-PEI2k-CDs納米載體具有良好的水分散性和穩(wěn)定性，細(xì)胞毒性低，基因傳遞效率高。Li等[45]以1，2，4-三氨基苯作為碳源、PEI為鈍化劑合成了橙光PEI-CDs，PEI-CDs可作為多功能生物相容性材料用于細(xì)胞成像和基因傳遞。He等[46]利用水熱法制備了兩種陽(yáng)離子聚合物衍生的碳點(diǎn)(Taea-CD和CyclenCD)，CDs表面帶正電荷基團(tuán)可與DNA組裝成納米粒子，并保護(hù)DNA免受降解。與市售的PEI相比，基因轉(zhuǎn)染效率提高了2 000倍。

4 碳點(diǎn)在癌癥診斷治療中的應(yīng)用

4.1 碳點(diǎn)用于光熱治療

表1 不同CDs基PTT劑的光熱轉(zhuǎn)換效率

圖5 (a)CyCDs的合成及NIR成像和PTT治療[28];(b)NIR-Ⅱ發(fā)光CDs的合成及在NIR-Ⅱ成像和PTT治療中的應(yīng)用示意圖[52];(c)IR780/FA-CDs用于腫瘤靶向PTT治療[55]。

4.2 碳點(diǎn)用于光動(dòng)力治療

光動(dòng)力治療(PDT)是一種由光敏劑在光誘導(dǎo)下產(chǎn)生單線態(tài)氧或自由基而殺死癌細(xì)胞的治療方法。制備CDs基PDT材料的方法通常有三種：(1)CDs通過(guò)與具有PDT功能的物質(zhì)進(jìn)行共價(jià)交聯(lián)或共組裝制備PDT納米復(fù)合材料。Chen等[24]通過(guò)CDs和BODIPY的共價(jià)交聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的CDs基共價(jià)有機(jī)骨架材料CCOF-2。此后，為了提高CCOF-2在水和生理介質(zhì)中的分散性和穩(wěn)定性，對(duì)CCOF-2進(jìn)行聚乙二醇修飾。所制備的CCOF-2@PEG具有良好的生理穩(wěn)定性和生物相容性、較強(qiáng)的癌細(xì)胞攝取能力，優(yōu)異的產(chǎn)生活性氧物種能力，可作為一種高效光敏劑用于腫瘤的光動(dòng)力治療。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CCOF-2@PEG能夠顯著抑制癌細(xì)胞增殖和腫瘤組織生長(zhǎng)(圖6(a))。Su等[25]通過(guò)CDs和BODIPY的共組裝，在增強(qiáng)BODIPY溶解性的同時(shí)，又通過(guò)熒光共振能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)顯著提高了光動(dòng)力治療效果(圖6(b))。Jia等[56]使用酞菁錳作為原料制備了Mn-CDs，Mn-CDs與DSPE-PEG復(fù)合制備了具有熒光/磁共振成像和PDT多種功能的CDs復(fù)合物。Xue等[57]將轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf)和二氫卟吩Ce6擔(dān)載到CDs表面，制備NBCD-PEG-Ce6-Tf復(fù)合物，實(shí)現(xiàn)了腫瘤靶向的近紅外熒光成像介導(dǎo)的PDT。Sun等[58]通過(guò)富含氨基的紅光CDs和Ce6組裝制備了Ce6-RCDs復(fù)合物，Ce6-RCDs可用于PTT/PDT協(xié)同治療。(2)以具有PDT功能的分子為前驅(qū)體直接制備CDs。Li等[27]用卟啉和殼聚糖為原料制備的TPP CDs不僅具有良好的水溶性和生物相容性，而且仍保持和卟啉類似的單線態(tài)氧產(chǎn)生能力，能夠用于生物熒光成像和腫瘤PDT治療(圖6(c))。He等[26]用二酮吡咯并吡咯和殼聚糖為原料合成的DPP CDs，仍保持二酮吡咯并吡咯的PDT功能，在激光照射下可有效地抑制腫瘤細(xì)胞的增值和腫瘤組織的生長(zhǎng)(圖6(d))。Chen等[59]以間苯二胺和氯化釓為原料制備了具有PDT功能的CDs，可用于小鼠腫瘤的熒光/磁共振雙模式成像介導(dǎo)的PDT治療。Liu等[60]合成了一種近紅外染料(CyOH)修飾的銀納米顆粒/碳點(diǎn)納米復(fù)合材料(CyOH-AgNP/CDs)，CyOH-AgNP/CDs可作為線粒體靶向的納米光敏劑，用于腫瘤靶向成像和高效PDT治療。(3)雜原子摻雜制備CDs。Guo等[61]以乙二胺四乙酸二鈉和氯化銅為原料通過(guò)水熱法制備了銅、氮共摻雜的CDs(Cu,N-CDs)，Cu,N-CDs的近紅外吸收有利于產(chǎn)生熱量和活性氧，實(shí)現(xiàn)了光熱和光動(dòng)力聯(lián)合治療。

圖6 (a)CCOF-2@PEG的合成及其在光動(dòng)力治療中的應(yīng)用示意圖[24];(b)CBNPs的制備過(guò)程及其PDT示意圖[25];(c)TPP CDs的制備及PDT應(yīng)用示意圖[27];(d)DPP CDs的合成及其在PDT中的應(yīng)用示意圖[26]。

5 結(jié)論與展望

作為碳納米材料家族的最新成員，CDs由于其優(yōu)異的水溶性、低毒性和突出的熒光性質(zhì)，在生物領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。由于CDs易于表面功能化，人們可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行修飾，制備出量子產(chǎn)率高、生物相容性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的CDs，實(shí)現(xiàn)其在生物成像、熒光傳感、藥物和蛋白的遞送及癌癥的診斷治療等領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，對(duì)于CDs的進(jìn)一步生物應(yīng)用，仍有一些亟待解決的問(wèn)題。大多數(shù)CDs的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)較短，且熒光量子產(chǎn)率較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)深層組織成像，不能滿足人們對(duì)高品質(zhì)生物成像的要求。而由于CDs的合成機(jī)制和發(fā)光機(jī)理尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)紅光和近紅外發(fā)光CDs的可控精準(zhǔn)制備。而且，CDs合成存在重復(fù)性差的問(wèn)題，不同批次制備的CDs往往在發(fā)光特性和尺寸等方面有所差異，阻礙了CDs的進(jìn)一步商業(yè)化發(fā)展與應(yīng)用。另外，CDs的生物安全性和毒性評(píng)價(jià)是其向生物醫(yī)學(xué)臨床轉(zhuǎn)化過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。然而，目前針對(duì)CDs生物安全性的系統(tǒng)評(píng)價(jià)較少，對(duì)CDs可能的毒性作用機(jī)制研究更是鳳毛麟角。研究人員正在試圖解決和克服上述問(wèn)題，以推動(dòng)CDs在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更加廣泛和深入的應(yīng)用，促使這一新型碳納米材料在今后的研究中綻放光彩。

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