熒光碳點的制備及其腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用研究進展

呂春祥， 李利平

(1. 中國科學(xué)院 山西煤炭化學(xué)研究所，中國科學(xué)院炭材料重點實驗室，山西 太原030001； 2. 碳纖維制備技術(shù)國家工程實驗室，山西 太原030001; 3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049； 4. 山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原030001)

1 前言

碳點(Carbon dots, 簡稱CDs)是一種尺寸小于10 nm的碳納米粒子，因其具有良好的熒光性能，也被稱為熒光碳點。自2004年Xu等[1]用電泳的方法純化單層碳納米管時首次被發(fā)現(xiàn)，到2006年被Sun等[2]正式命名為碳點，碳點的發(fā)展已有十余年，其概念也發(fā)生了拓展，成為了一類熒光碳納米材料的統(tǒng)稱。與有機熒光染料相比，碳點的激發(fā)和發(fā)射光譜寬且連續(xù)，呈現(xiàn)一元激發(fā)、多元發(fā)射的特性[3]；熒光穩(wěn)定性高，耐光漂白，可以實現(xiàn)活體組織內(nèi)的長期標記；且發(fā)射波長可調(diào)。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點相比，碳點的生物相容性良好且毒性低，不含重金屬元素。上述特點使得碳點成為一種理想的有機熒光染料和無機量子點的替代品，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前報道的碳點種類繁多，包括碳納米點、石墨烯量子點和聚合物點。不同方法制備得到的碳點的發(fā)光機理不盡相同，且目前對于碳點的發(fā)光機理沒有統(tǒng)一的解釋?？赡艿陌l(fā)光機理主要是碳核本征態(tài)的發(fā)光(量子尺寸效應(yīng))、缺陷態(tài)的發(fā)光(表面缺陷態(tài)、邊緣態(tài)、雜原子摻雜等)和分子態(tài)發(fā)光[4-6]。

近年來，關(guān)于碳點的報道呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，大致分為兩個階段，第一階段是關(guān)于碳點的制備方法，第二階段是關(guān)于碳點應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。本文從制備工藝的角度對碳點的制備進行闡述，綜述碳點在腫瘤診斷和治療中最新的應(yīng)用研究，同時對未來研究方向進行展望。

2 碳點的制備

從材料的角度，碳點的制備方法主要分為自上而下法和自下而上法兩大類。自上而下法，如電弧放電法[7]、激光刻蝕法[8]、電化學(xué)氧化法[9]等，是由大尺寸的前驅(qū)體材料經(jīng)過化學(xué)或物理或兩者兼具的方法將其轉(zhuǎn)變成小尺寸的碳點；自下而上法，如模板法[10]、微波法[11]、溶劑熱法[12]等，則是將小分子的前驅(qū)體材料經(jīng)過聚合、炭化等過程制備碳點。傳統(tǒng)的分類方法為研究者提供制備碳點的思路，針對不同的前驅(qū)體材料，根據(jù)其尺寸大小，選擇不同的制備方法。而在本工作中，我們將從制備碳點的宏觀工藝路線角度進行分類闡述。

2.1 多步法工藝路線合成碳點

最初制備熒光碳點的方法是借助于有機小分子或者聚合物分子對碳納米材料表面進行功能化修飾[2, 8]。諸如這樣的功能化修飾的方法賦予了碳點更加優(yōu)異的熒光性能和更高的量子效率[13, 14]。

Wang等[13]利用低聚物氨基化的聚乙二醇(PEG1500N)修飾激光刻蝕的碳納米粒子，呈現(xiàn)出多色發(fā)射，最強的熒光發(fā)射波段位于綠光區(qū)域。碳納米粒子先在硝酸中氧化處理，在其表面引進羧基官能團，利用羧基與PEG1 500N在典型的酰胺化反應(yīng)條件下反應(yīng)，所得產(chǎn)品通過水相的凝膠柱進行分離，得到一部分熒光量子效率高達60%的綠色熒光碳點。利用PEG1 500N修飾的碳點與商用的CdSe/ZnS量子點的熒光性能相當[15]。

2.2 一步法工藝路線合成碳點

多步法制備碳點的制備過程繁瑣復(fù)雜，嚴重限制了碳點的實際應(yīng)用。近年，通過研究者們的不懈努力，不斷地簡化制備碳點的制備工藝，提高碳點的熒光性能。多數(shù)研究者們選擇將碳點中碳核的形成以及碳點的表面修飾或者雜原子摻雜融合在一步完成[16-18]，即合成碳點的一步法工藝路線孕育而生。

一步法工藝路線合成碳點的關(guān)鍵在于：前驅(qū)體的選擇、制備方法的選擇以及反應(yīng)過程的控制。

2.2.1 前驅(qū)體的選擇

前驅(qū)體的選擇，可以是一種碳源,也可以是混合碳源。前者在炭化過程中進行部分炭化，殘留官能團起到表面修飾的作用；而后者可以選擇前驅(qū)體中的一種或多種炭化成核，其余的成分將起到表面修飾和摻雜的作用[19, 20]。

Yang等[21]以檸檬酸為碳源，以PEG為表面鈍化劑，利用乙二胺提供氮源，以一步水熱法合成CDs@PEG，主要表現(xiàn)藍光發(fā)射，其量子效率高達75%。Lei等[22]將間苯二胺，磷酸和乙二胺混合成均勻的溶液，利用微波法一步法加熱40 s得到N,P-CDs，呈現(xiàn)出兩個熒光發(fā)射中心，分別位于450 nm和510 nm處，前者發(fā)出明亮的藍光，量子效率可達51%，后者發(fā)出明亮的綠光，量子效率可達38%。

一步法工藝路線合成碳點的文獻已報道很多，是目前主流且重要的制備工藝。適用于此類方法的碳前驅(qū)體非常廣泛，除了化學(xué)試劑外，還可以是生物質(zhì)碳源。如Shi等[23]報道的以植物花瓣為碳源，制備得綠色熒光碳點(如圖1 a)；Zhu等[24]以豆?jié){為碳源，制備得藍色熒光碳點(如圖1 b)；Sahu等[25]以橘汁為碳源，制備的熒光碳點的量子效率高達26%(如圖1 c)；Wang等[26]利用蛋清和蛋黃為碳源，利用等離子體發(fā)生器制備出藍光發(fā)射的碳點(如圖1 d)；Zhang等[27]同樣以蛋清為碳源，一步水熱法同時完成炭化、摻雜氮和表面功能化修飾的過程，制備的藍色熒光碳點的量子效率高達61%(如圖1e)；Wu等[12]以桑蠶絲為碳源，制備得含氮的碳點，其量子效率為13.9%(如圖1f)。以上以生物質(zhì)為碳源一步法制備得到量子效率較高的熒光碳點，是由于生物質(zhì)本身是一種富含O、N、S等元素的前驅(qū)體材料，在炭化過程中，一步法完成了碳核的形成及雜原子的摻雜。

圖 1 生物質(zhì)為碳源的合成示意圖[12,24-27]

2.2.2 制備方法及反應(yīng)過程控制

一步法工藝路線中，常用的方法主要有微波輻照法、熱處理法、水熱法等。

微波輻照法是一種相對簡單、耗時較少的制備碳點的方法。例如，Zhu等[11]將糖類和PEG-200溶于水形成透明均一的溶液后，置于微波爐中反應(yīng)2～10 min，通過調(diào)節(jié)微波輻照的時間，形成不同炭化度的碳點溶液。近日，Sun等[28]采用一步微波法制備得到主-客體碳點材料G@CDots，其中G代表的是客體熒光染料，如甲酚紫(CV)、尼羅藍(NB)和酞菁鋅(ZnPc)。主-客體結(jié)構(gòu)是一種新的碳點結(jié)構(gòu)，與內(nèi)嵌富勒烯的概念類似(如圖2)，是將具有紅外/近紅外的熒光物質(zhì)嵌在碳點內(nèi)部。在報道中，Sun等以合成CV@CDots為例，將CV溶于乙醇中，與低聚物PEGs混合后，除去其中的乙醇溶劑，混合物在微波爐中輻照直到預(yù)期的炭化程度?？腕w材料的引入不僅改善碳點的光學(xué)性能且拓展了碳點的應(yīng)用領(lǐng)域。主-客體結(jié)構(gòu)為材料的設(shè)計和合成提供了一種全新的思路，以期得到1+1>2的效果。

圖 2 (a)主-客體碳點，(b)為富勒烯[11]

在熱化學(xué)反應(yīng)過程中，是利用熱能代替了微波的輻照對碳源進行炭化，也可以說更精準的控制反應(yīng)過程。Stan等[29]以N-羥基丁二酰亞胺為前驅(qū)體，在氮氣氛圍中加熱至180 ℃，反應(yīng)30 min后即得到多色發(fā)射的熒光碳點。值得注意的是，在此實驗中，反應(yīng)的溫度和時間均未達到可使N-羥基丁二酰亞胺完全炭化的條件。研究者進行了對比實驗，發(fā)現(xiàn)延長反應(yīng)時間以及增加反應(yīng)溫度后得到的碳點的熒光量子效率大大降低，說明在180 ℃反應(yīng)30 min后得到的碳點表面有部分未被完全炭化的基團，它們在碳點的發(fā)光效率中起到了重要的作用。Dong等[20]將檸檬酸和支化的聚乙烯亞胺的混合前驅(qū)體材料在較低的反應(yīng)溫度下進行炭化，前者的炭化溫度較低(<200 ℃)容易被炭化形成碳核的部分，而支化的聚乙烯亞胺中胺類部分則可以修飾碳點的表面，最后利用這種方法所制備得到的碳點(BPEI-CQDs)量子效率可高達42.5%。

水熱法被認為是熱處理方法的一種非常重要的變體形式，區(qū)別只在于前驅(qū)體的炭化過程是在溶液中完成[30, 31]。關(guān)于水熱法制備碳點的報道較多，例如，Yang等[32]以殼聚糖為碳源，在180 ℃下水熱反應(yīng)同時實現(xiàn)了炭化和對碳點的表面修飾，制備出了氨基功能化的碳點，量子效率可高達43%。Yang等[33]以葡萄糖和磷酸二氫鉀為前驅(qū)體，利用水熱法一步實現(xiàn)碳點的形成及表面鈍化的過程，利用磷酸二氫鉀的含量調(diào)節(jié)碳點的發(fā)光狀態(tài)。當葡萄糖和磷酸二氫鉀的摩爾比為1∶36時，所制備碳點主要表現(xiàn)為藍光發(fā)射；當兩者的摩爾比為1∶26時，所制備碳點表現(xiàn)為綠光發(fā)射，表明磷酸二氫鉀在碳點的發(fā)光過程中起到了很重要的作用。

2.3 宏量工藝路線合成碳點

碳點的量產(chǎn)是實現(xiàn)其應(yīng)用的必備條件。目前已報道的很多方法是可以實現(xiàn)碳點的量產(chǎn)的，但事實上關(guān)于宏量制備碳點的工作卻很少。本小節(jié)是從碳點的產(chǎn)率以及量產(chǎn)角度進行闡述。

Hsu等[34]報道的利用咖啡渣作為碳源，制備得藍光碳點(制備過程如圖3a)，其量子效率為3.8%，產(chǎn)率為9%～15%，大約1 g的咖啡渣可以制備得到120 mg的碳點粉末；Chen等[35]利用一步法在油酸中炭化蔗糖得到量子效率較高(QY = 21.6%)的熒光碳點，產(chǎn)率高達41.8%，實現(xiàn)了碳點的克級制備(如圖3b)；Yang等[36]是將中國墨水溶解在HCl中，回流6 h后得到30～50 nm的納米粒子(CNP)，再將CNP加入混酸(HNO3和H2SO4)和強氧化劑(NaClO3)中,保持低溫反應(yīng)5 h，用冰氨水中和多余的酸，通過過濾和透析得到氧化的碳點，再用維生素C還原，轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中在240 ℃條件下反應(yīng)12 h，從氧化碳點到碳點的過程中，產(chǎn)率可達78%，N-doped CQDs的合成過程示意圖如圖3c；Zhang等[37]選擇了價格低廉(1 g蜂花粉0.07元人民幣)且可再生的蜂花粉為碳源(如圖3d)，提出了一種綠色環(huán)保、簡單易行的制備方法，實現(xiàn)了高產(chǎn)率、可量產(chǎn)的碳點的制備，產(chǎn)率可達30%，10 g的蜂花粉可制備出至少3 g的碳點，且隨著反應(yīng)時間的不同和蜂花粉的種類的不同，其量子產(chǎn)率可達6.1%～12.8%。

最近，筆者課題組[38]利用熔鹽法選用不同的碳源宏量制備出一系列高產(chǎn)率、尺寸分布較窄的熒光碳點。與已報道的方法相比，熔鹽法是一種條件溫和易行、可實現(xiàn)大批量制備的、具有普適性的一種方法；在熔融狀態(tài)下有著良好的熱傳遞能力；熔鹽在碳點形成過程中起到了“陷域”作用，熔鹽包覆在碳點表面起到物理阻隔作用，避免了碳點的團聚，得到的碳點的尺寸分布較窄；所選混合鹽在水中有良好的水溶性，碳點的后處理可通過一步透析將鹽介質(zhì)以及低分子量的產(chǎn)物透析除去，完成碳點的純化過程。

綜上所述，多步法制備碳點是最早制備熒光碳點的方法，而一步法制備碳點是目前碳點最主流且最重要的制備方法，其將碳核的形成及表面修飾或與雜原子摻雜融合在一步中實現(xiàn)，簡化了制備工藝，且有效提高碳點的熒光性能；實現(xiàn)碳點的宏量制備是碳點走向?qū)嶋H應(yīng)用的必備條件，開發(fā)綠色、可行、可實現(xiàn)宏量制備高性能熒光碳點的方法是目前碳點重要的研究方向之一。

圖 3 (a)以咖啡渣為碳源合成碳點的示意圖； (b)油浴法以蔗糖為碳源合成碳點示意圖； (c)以墨水為碳源制備N-doped CQDs的過程； (d)以蜂花粉為碳源制備碳點的示意圖[34-37]Fig. 3 Diagram for the synthesis of CDs using (a) Coffee ground; (b) Sucrose; (c) Chinese ink; (d) Bee pollens as precursors[34-37].

3 紅光/近紅外熒光碳點的制備

在紅光區(qū)及近紅外區(qū)域(近紅外Ⅰ區(qū)，650～950 nm；近紅外Ⅱ區(qū)，1 000～1 700 nm)，生物樣品對光的吸收、散射和自發(fā)熒光背景都比較低，近紅外光源能在生物組織內(nèi)達到最大穿透深度，并能進行深層組織成像，因而稱此波段范圍為“近紅外組織透明窗口”[39]。而目前報道的碳點的發(fā)光主要集中在藍光和綠光段發(fā)射，對組織和細胞存在損傷，在組織內(nèi)的穿透力差且會產(chǎn)生背景熒光干擾(如圖4)[40]。因此考慮到碳點未來的實際應(yīng)用，制備近紅外發(fā)射的碳點已經(jīng)是大勢所趨。

傳統(tǒng)制備得到的碳點普遍存在熒光發(fā)射依賴于激發(fā)波長的現(xiàn)象，往往會隨著激發(fā)波長向長波長方向移動熒光強度明顯減弱，雖熒光發(fā)射光譜可以覆蓋到近紅外區(qū)域，但其量子效率很低，很難被實際應(yīng)用。

近年，Lin課題組[40]研發(fā)出一種具有依賴性行為的碳點，但隨著激發(fā)波長的改變，發(fā)射強度并未明顯降低。此類碳點的報道較少。研究者通過在甲酰胺溶劑中微波加熱檸檬酸，得到“真正”的全波譜發(fā)光的碳點，命名為F-CDs。F-CDs的吸收光譜覆蓋整個可見光區(qū)域，但是主要存在三個主要的最佳發(fā)射峰，分別位于466，555和637 nm，且在360, 450和540 nm的激發(fā)波長下，得到對應(yīng)的量子效率分別為11.9%、16.7%和26.2%。

圖 4 不同波長的組織穿透力的示意圖[40]Fig. 4 The visualization of light penetration through the tissues according to its wavelength[40].

另一種類型的近紅外熒光碳點的發(fā)射行為不依賴于激發(fā)波長，其量子效率一般較高，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。例如，Xiong等[41]以尿素和對苯二胺為碳源，采用水熱法制備出全波譜發(fā)光的碳點。通過硅膠柱層析利用不同極性的溶劑得到不同熒光發(fā)射的碳點，每一種被分離出來的熒光碳點的熒光發(fā)射行為均不依賴于激發(fā)波長。其中近紅外發(fā)射的碳點的量子效率高達24%，成功將其應(yīng)用在體外細胞實驗和體內(nèi)活體實驗中，可明顯觀察到近紅外發(fā)射的碳點在活體組織內(nèi)有很強的穿透力，且沒有表現(xiàn)出明顯的生理毒性。

Jiang等[42]以對苯二胺為碳源，在乙醇溶劑中溶劑熱加熱到180 ℃反應(yīng)12 h，將反應(yīng)的產(chǎn)物在硅膠柱中分離后得到可溶于大多數(shù)溶劑的碳點，命名為p-CDs。p-CDs的最佳發(fā)射峰位在604 nm，且在365 nm的激發(fā)波長下的量子效率為20.6%，在510 nm的激發(fā)波長下的量子效率高達26.1%。成功應(yīng)用于體外細胞的單光子和雙光子的熒光成像。Tan等[43]采用電化學(xué)的方法，在K2S2O8的電解液中刻蝕石墨得到紅光發(fā)射的石墨烯量子點(RF-GQDs)。當激發(fā)波長在500 nm時，其位于610 nm的熒光發(fā)射峰強度達到最大。RF-GQDs在近紅外有熒光發(fā)射，可能是由于碳點中存在大的sp2結(jié)構(gòu)降低了禁帶寬度，使其熒光發(fā)射波長發(fā)生紅移。

筆者課題組[44]以生物質(zhì)菠菜為前驅(qū)體材料，采用一步溶劑熱法控制反應(yīng)過程，制備得到最佳發(fā)射波長位于680 nm的近紅外熒光碳點，并成功將其應(yīng)用在細胞成像和活體成像中。

近紅外發(fā)射的熒光碳點是目前的研究熱點也是難點，報道的相關(guān)工作仍然較少，且在碳點的前驅(qū)體的選擇上仍然偏重于化工原料，有待于開發(fā)綠色環(huán)保的前驅(qū)體材料，以及新的制備方法。

4 碳點在腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用

碳點因其優(yōu)異的熒光性能、可調(diào)的發(fā)射波長、良好的生物相容性、低毒性以及表面易修飾的特征，使其在診斷和治療方面的應(yīng)用備受關(guān)注。

診斷是決定臨床治療效果的關(guān)鍵所在，目前碳點有望實現(xiàn)臨床診斷腫瘤的成像技術(shù)主要有熒光成像、核磁共振成像(MRI)和光聲成像等。

與傳統(tǒng)的熒光染料和半導(dǎo)體量子點相比，碳點在熒光成像中有望替代兩者而成為新一代的熒光探針。Jiang等[42]利用三種不同結(jié)構(gòu)的苯二胺為前驅(qū)體制備得到紅、綠、藍三色熒光碳點，表現(xiàn)出優(yōu)異的轉(zhuǎn)換性能，并在人乳腺癌細胞中實現(xiàn)多色成像。Tao等[45]對裸鼠皮下注射熒光碳點后明顯的觀察到活體近紅外熒光成像，且與背景熒光有很明顯的襯度，有效避免自熒光干擾。碳點在細胞成像和活體成像中均表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價值。

MRI成像的圖像的分辨率較高，可對人體組織做出形態(tài)和功能兩方面的診斷評價。碳點因其表面富含含氧官能團，有很強的螯合力，通過負載順磁性的金屬離子(如Gd3+，F(xiàn)e3+，Mn2+等)，制備出新型的核磁造影劑，利用碳點在腫瘤血管的高通透性和高滯留效應(yīng)(EPR效應(yīng))，被動向腫瘤位置富集，提高了核磁造影劑的靶向效應(yīng)。Xu等[31]水熱處理混合物檸檬酸、乙二胺和氯化釓，得到Gd-CQDs，在其表面修飾RGD肽作為靶向分子，成功實現(xiàn)對腦膠質(zhì)瘤細胞的靶向核磁成像和熒光成像。本課題組[38]利用檸檬酸為碳源，采用熔鹽法宏量制備出的熒光碳點作為載體，在其表面負載Gd3+后，成功制備得到的核磁造影劑的馳豫效率高達22.45 mM-1·s-1，高于目前報道的大部分的碳點基的核磁造影劑。值得注意的是，負載Gd3+后的碳點仍呈現(xiàn)出優(yōu)異的熒光性能，因此Gd-CQDs通?？梢詫崿F(xiàn)核磁共振成像和熒光成像的雙模態(tài)成像，為臨床提供更精準的診斷手段。

光聲成像是一種非入侵式和非電離式的新型醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，結(jié)合了光學(xué)成像的高選擇性和超聲成像中的深穿透性的優(yōu)點，可得到高分辨率和高對比度的組織成像[46]。對于腫瘤治療，除了傳統(tǒng)的化學(xué)療法、手術(shù)療法、放射療法以外，光熱治療和光動力治療是近年新出現(xiàn)的治療癌癥的方法。與傳統(tǒng)的治療方法相比，光熱治療和光動力治療均為低創(chuàng)傷性治療，具有靶向性，可以實現(xiàn)準確定位癌細胞，而對正常細胞沒有損傷，使得這些新型的治療癌癥的方法具有很大的臨床應(yīng)用潛力。

在傳統(tǒng)的臨床中，對于腫瘤的診斷和治療往往是兩個獨立的過程，診斷不能為治療提供實時的影像信息，增加治療難度。2002年P(guān)harma Netics公司首次提出診療一體化的概念，開辟新的理念，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，使得癌癥的診療一體化成為可能[47]。

近期Ge課題組[48]以聚噻吩苯丙酸為前驅(qū)體，水熱制備得到的碳點在350～600 nm的激發(fā)光下實現(xiàn)了近紅外熒光成像，在671 nm的激發(fā)光源下，實現(xiàn)了光聲成像和光熱治療。碳點在671 nm的激發(fā)光下的光熱轉(zhuǎn)換效率為38.5%。研究者在小鼠體內(nèi)建立HeLa腫瘤模型，待腫瘤長至25 mm3，靜脈注射碳點，通過活體熒光成像發(fā)現(xiàn)碳點通過實體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)靶向到腫瘤位置，然后利用671 nm的激光器(功率2 W cm-2)照射腫瘤位置10 min，利用紅外熱成像儀觀察到腫瘤位置的溫度達到58.4 ℃，而對照組中未加入碳點的腫瘤位置的溫度為39.5 ℃，說明碳點在熱形成過程中起到很關(guān)鍵的作用，而在腫瘤位置當溫度高于50℃時，腫瘤細胞將產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損害[49]。為了進一步確定光熱治療的效果，研究者監(jiān)測了小鼠的存活率以及腫瘤的生長率，發(fā)現(xiàn)只注射了碳點或者只利用激光器照射的對照組的小鼠的腫瘤組織繼續(xù)生長，而實驗組在腫瘤位置中顯示燒傷，腫瘤的生長受到嚴重的阻礙，燒傷部分的皮膚在16天以后完全恢復(fù)。而組織切片后的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)在心臟、肝臟、脾臟、肺和腎臟處，沒有出現(xiàn)明顯的炎性反應(yīng)，說明碳點的光熱治療沒有明顯的副作用。

隨后，Ge等[50]又以聚噻吩苯甲酸為前驅(qū)體，通過水熱法合成紅光發(fā)射的碳點(PBA-C-dots)，不僅具有良好的水溶性、耐光漂白且具有光熱和光動力的治療效果。在635 nm的激發(fā)光源下，光熱轉(zhuǎn)換效率為36.2%，單線態(tài)氧的產(chǎn)率為27%，PBA-C-dots實現(xiàn)了熒光成像引導(dǎo)下的光熱和光動力的雙模態(tài)治療，在腫瘤的診療一體化中表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價值。

5 總結(jié)和展望

碳點作為一種新型的熒光碳納米材料，因其具有優(yōu)異的熒光性質(zhì)、良好的生物相容性、較低的毒性以及易于功能化的特征，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用嶄露頭角。經(jīng)過十余年的發(fā)展，碳點在簡化制備工藝的同時，優(yōu)化熒光性能，且拓展了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。紅光和近紅外熒光碳點是碳點中最具潛力實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化的材料，然而仍存在一些限制因素，比如紅光和近紅外熒光的碳點目前處于探索初期，相關(guān)報道較少，前驅(qū)體的選擇多為化學(xué)試劑，碳點制備工藝和后處理工藝較為繁瑣；其發(fā)射波長仍然較短；與傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點相比，熒光量子效率偏低。因此，在未來的工作中應(yīng)加大紅光和近紅外熒光碳點的研發(fā)力度，分析其發(fā)光機理，為制備近紅外一區(qū)、二區(qū)的高量子效率的熒光碳點起理論指導(dǎo)的作用，與此同時改進制備工藝。碳點在腫瘤診療一體化中的應(yīng)用也處于起步階段，其光熱轉(zhuǎn)化效率、單線態(tài)氧的產(chǎn)率仍需進一步提高。另外，碳點因其表面富含官能團，還可起到載體作用，如碳點負載金屬離子，實現(xiàn)多模態(tài)成像；碳點載藥，實現(xiàn)靶向治療腫瘤；也可實現(xiàn)多模態(tài)成像引導(dǎo)下的多模態(tài)治療。碳點在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展示出良好的發(fā)展前景。

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