双模态碳点用于体内成像的研究
- 研究背景
在过去的几十年中，纳米材料因具有独特的物理化学性质而在医学界引起关注，不仅能够实现药物靶向，并且能与显像剂结合构成诊疗结合的多模态探针。碳是以多种形式存在于自然界的非金属元素，随着纳米技术的发展，碳基纳米材料因其具有独特的电子特性、优异的光学性质以及适用于生物分析的化学惰性、低生物毒性等优良性质，作为一种低维材料引起了广泛的研究兴趣。
其中，碳点是一种新型零维碳纳米材料，也称碳量子点，通常是一种尺寸小于10nm的能够发射荧光的近球形颗粒。碳点(CDs)的出现是纳米材料领域的一个新的突破，除了具有传统半导体量子点所拥有的优良光学性能和尺寸小等优点外，还具有传统半导体量子点无法比拟的高生物相容性、低细胞毒性、无光闪烁、低制备成本及制作工艺相对简单等优点，因此在生物成像以及药物运输、传感器、光诊疗剂等方面展现出广泛的应用前景。
近年来，虽通过高效液相色谱法、质谱法、原子吸收光谱法等方法可实现检测多种药物或离子的目的，但这些方法具有样品预处理方法繁琐、仪器设备昂贵、操作流程复杂等局限性，在应用中受到了一定的限制。而光分析技术具有灵敏度高、分析速度快、结果直观等优点而广泛应用于分析检测、生物成像等领域，以碳量子点为代表的光分析技术成本低、响应快操作简单而备受研究者青睐。
- 研究意义
目前，碳点在化学分析方面得到了较为广泛而有效的应用，然而，碳点在生物分析方面的研究和应用多集中在生物小分子的检测方面，较少涉及到生物大分子如DNA、蛋白质和酶的检测以及细胞成像等方面。因此，碳点在生物分析方面的应用亟待深入和拓展。另外，构建或修饰特异性识别目标分析物的碳点基荧光纳米探针的过程中，会产生如选择性差或受到背景信号的干扰等多种问题，导致结果呈假阳性或假阴性而不能被采用。因此，构建专一性碳点基纳米探针在生物分析领域具有重要意义。
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研究现状
- 碳点的分类和理化性质 2015年，Zhu等据碳点结构将已报道碳点分为石墨烯碳量子点、碳纳米点和聚合物点。其中，石墨烯量子点具有一层或多层石墨烯层，其尺寸具有各向异性；碳纳米点通常呈球状；聚合物点是通过单链聚合物或单体制备的，利用碳核和聚合物链的自组装也可形成聚合物点。碳点具有多种理化性质，包括紫外吸收性质、荧光性质、低生物毒性等，且大多数碳点具有手性。
- 碳点的合成方法 合成方法大致分为两类：自上而下(将宏观尺寸大小的碳经过加工变为纳米级颗粒)的方法和自下而上(将有机碳化合物分子合成为纳米级颗粒)的方法。自上而下的方法一般包括：激光烧蚀法、电化学法、氧化石墨烯法、弧光放电法等，自上而下的方法一般合成效率较低，而且产物大多为混合物，需要一定的分离工序才能把碳点提纯。自下而上的方法一般为：水热法、微波法、热解法、激光化学反应等。自下而上的方法一般产率较高，而且制备工艺简单，实验设备要求低，比较适合大规模制备，是目前采用比较多的一种制备方法。
- 碳点的荧光机理 碳点的荧光机理至今还没有一个统一的解释，有研究者认为荧光碳点的荧光机理与表面能带相关，而还有研究者认为碳点荧光的波长不是由颗粒尺寸或者表面态单独来决定的。
- 碳点的应用 碳点的应用较为广泛。其一，碳点可作为探针应用于生物成像领域，包括细胞成像及活体成像；其二，经修饰后的碳点可作为药物传送的载体，将药物运送到细胞中；其三，由于不同基团修饰的碳点对一些金属离子及生物分子也具有一定的敏感特性，因此，其可用于构建新型的纳米传感器；其四，碳点可以用于检测生物小分子如葡萄糖、多巴胺等以及生物大分子DNA、蛋白质和酶等；其五，碳点可作为光诊疗剂用于疾病的治疗。
- 研究内容
4.1.碳点的合成：
（1）低温合成：首先，将5.0 g蔗糖，5.0 mL磷酸和15.0 mL水充分混合，并在恒温水浴中于80°C保持0.8 h。 然后，在剧烈搅拌下将一定量的氢氧化铵缓慢加入上述混合物中。 最后，可获得棕色的碳点溶液。 在使用碳点之前，将粗产物用0.22mu;m的过滤膜过滤，并通过500Da渗析膜渗析24小时，以除去未反应的物质。 真空冷冻干燥48小时后，获得纯碳点产品，并在使用前保存在4°C下。［1］
（2）高温合成：将0.5 mmol o-PD溶于10 mL去离子水（去离子水）中，加入50 micro;L（0.725mmol）HNO3，充分搅拌。然后将溶液转移至衬有聚四氟乙烯的特氟龙衬里的高压釜（25 mL）中，并在200°C的烤箱中加热10 h。 随后，将反应器冷却至室温。 通过0.22 micro;m聚醚砜膜获得深蓝色溶液，以去除大颗粒，然后在500 Da的透析袋中用去离子水渗析。 然后将CPDs-50溶液冻干以进一步使用。 此后，仅改变HNO3的剂量分别为10 micro;L（0.145 mmol）和30 micro;L（0.435 mmol）即可制备CPDs-10和CPDs-30，但其他条件与CPDs-50相同。［2］
4.2. 碳点的表征：
