中藥衍生碳點研究進(jìn)展

黃倩倩，吳成圓，滕云峰，楊一凡，梁玉杰，楊尚青，王中旻，彭代銀，王 雷, 4*，陳衛(wèi)東, 4*

中藥衍生碳點研究進(jìn)展

黃倩倩1, 2, 3，吳成圓1, 2, 3，滕云峰1, 2, 3，楊一凡1, 2, 3，梁玉杰1, 2, 3，楊尚青1, 2, 3，王中旻1, 2, 3，彭代銀1, 2，王 雷1, 2, 3, 4*，陳衛(wèi)東1, 2, 3, 4*

1. 安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥 230012 2. 中藥復(fù)方安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230012 3. 中藥飲片制造新技術(shù)與研發(fā)安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230012 4. 安徽省中醫(yī)藥科學(xué)院藥物制劑研究所，安徽 合肥 230012

中藥炭藥及中藥提取物經(jīng)高溫炭化會產(chǎn)生“中藥炭質(zhì)藥物納米粒”，其過程與碳量子點（carbon quantum dots，CDs）的制備工藝類似。由于粒徑小于10 nm，稱之為“中藥衍生碳量子點”。炭藥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是“存性”，以中藥為原材料制備而成的CDs，不僅具有止血、抗腫瘤等功效，而且具有低毒、水溶性好、生物相容性高、光致發(fā)光性能優(yōu)異等特點，可用于離子檢測、藥物分析傳感、細(xì)胞成像、藥物遞送等領(lǐng)域。從中藥衍生碳點在疾病治療、生物傳感和細(xì)胞成像等方面的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對其當(dāng)前面臨挑戰(zhàn)和未來發(fā)展方向提出建議。

中藥衍生碳點；熒光特性；疾病治療；生物傳感；細(xì)胞成像；藥物遞送

近年來，碳量子點（carbon quantum dots，CDs）作為一種新型納米級可發(fā)光載體，研究多集中于制備方法的優(yōu)化以及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，在合成原料上也多關(guān)注于化學(xué)物質(zhì)和天然物質(zhì)的探索，單獨針對于以傳統(tǒng)中藥材為碳源，合成的碳點應(yīng)用報道較少。所謂中藥碳點，就是以中藥為原材料制備而成的CDs，碳點作為一種納米級材料，因其粒徑小，特性優(yōu)良，傳統(tǒng)中藥材料通過物理化學(xué)手段進(jìn)行處理就可使其成為粒徑小于10 nm的碳點材料，由于中藥中活性成分含量不同，其中藥衍生碳點的生物活性也各不相同，大多數(shù)發(fā)揮著止血[1-6]功效，除此之外還有抗菌[7-8]、抗病毒[9]、抗蛇毒[10-11]、抗腫瘤[12]、清除自由基[13-15]、降血糖、抗痛風(fēng)和鎮(zhèn)痛[16-18]等藥理作用，而且其優(yōu)異的光致發(fā)光性[19]、低毒性、水溶性好[20]及高生物相容性，還可用于離子檢測[21-31]、藥物分子傳感[32-37]、細(xì)胞成像[38-40]、藥物遞送[41-43]和光催化[44-45]等領(lǐng)域。此外，研究發(fā)現(xiàn)這些中藥衍生碳點合成后可改善材料某些性質(zhì)如溶解度[46]，或保留原材料部分特性，或增加新的生物學(xué)活性[47]，因此選取合適的中藥材為碳源合成具有熒光穩(wěn)定性和藥理活性的碳點，為探索中藥衍生碳點的內(nèi)在生物活性、物質(zhì)組成和理化性質(zhì)等具有一定的指導(dǎo)意義。

1 疾病治療

1.1 炒炭止血

炭藥是一類表面經(jīng)過高溫炭化而具有特殊作用的中藥，高溫加熱是制備炭類中藥制劑的關(guān)鍵工藝之一，其過程與CDs的制備工藝相類似，通常將這類CDs命名為“中藥炭質(zhì)藥物納米粒”。炭藥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是“存性”，根據(jù)中藥炮制理論，藥物炒炭后可改變其性味，轉(zhuǎn)化其升降沉浮，使“澀”味增加，因而能發(fā)揮收斂止血功效[48]。目前許多研究發(fā)現(xiàn)炭燒中藥提取物水溶液中存在新的物質(zhì)，CDs，該新物質(zhì)的存在可能與炭藥發(fā)揮止血功效相關(guān)，而對于中藥衍生的CDs的止血作用及其機(jī)制研究通常都是先以小鼠斷尾和肝劃痕模型對其止血功效進(jìn)行初步判斷，再通過相關(guān)參數(shù)，凝血酶原時間（prothrombin time，PT）、活化部分凝血活酶時間（activated partial thromboplastin time，APTT）、凝血酶時間（thrombin time，TT）、纖維蛋白原（fibrinogen，F(xiàn)IB）和血小板（platelet，PLT）的考察判斷止血作用機(jī)制。

古老醫(yī)方《五十二病方》中曾記載著中藥黃柏，含有生物堿等活性成分，具有解毒、清熱、潤燥作用，可用于治療胃腸炎、腹痛或腹瀉等，而黃柏炭最早用于治療各種失血性疾病，但這種經(jīng)過炭燒處理后，生物作用轉(zhuǎn)變的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制尚不清楚，Liu等[49]從黃柏水提物中發(fā)現(xiàn)有一種新的物質(zhì)黃柏碳點存在，它可以通過激活FIB系統(tǒng)，發(fā)揮止血功效，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，適合長期保存，可成為急診創(chuàng)傷出血的補充和替代治療藥物。燈心草是L.的干燥莖髓，結(jié)構(gòu)松散，用于鎮(zhèn)靜和抗焦慮，經(jīng)炭燒處理后的燈心炭（JMC）用于治療出血病已有近900年的歷史，Cheng等[11]研究發(fā)現(xiàn)燈心草經(jīng)炭燒處理后在其水提物可得到新物質(zhì)JMC-CDs，具有溶解度好、易于保存、生物活性高、毒性低等優(yōu)點，對血小板減少和局部出血具有抑制作用，可通過激活FIB系統(tǒng)和體外凝血途徑發(fā)揮止血潛能，可被開發(fā)用于新型止血藥物。炭化蒲黃（PTC）也是一種煅燒的中草藥在中醫(yī)藥治療失血性疾病中已被廣泛應(yīng)用多年，Yan等[50]從PTC的水溶液中發(fā)現(xiàn)并分離了新的水溶性CDs（PTC-CDs），指紋圖譜可以看出PTC-CDs不含原前體物質(zhì)，通過刺激內(nèi)源性凝血系統(tǒng)，激活FIB系統(tǒng)而發(fā)揮止血功效。熊威等[51]通過對綿馬貫眾炭水煎液提取分離發(fā)現(xiàn)新型水溶性的納米類成分碳點，通過升高大鼠血液中FIB濃度和PLT的數(shù)量，發(fā)揮止血效果。

1.2 抗痛風(fēng)

痛風(fēng)是嘌呤核苷酸代謝發(fā)生異常，表現(xiàn)為尿酸水平升高、尿酸鹽結(jié)晶沉積和尿酸鹽引起的關(guān)節(jié)病。臨床上常見的治療痛風(fēng)藥物，長期服用存在一定的副作用。黃嘌呤氧化酶（Xanthine oxidase，XOD）是催化次黃嘌呤氧化為黃嘌呤的關(guān)鍵酶，與尿酸的過量產(chǎn)生密切相關(guān)，故研究中藥衍生碳點的抗關(guān)節(jié)炎作用，一般常先通過氧嗪酸鉀和尿酸生成的前體物質(zhì)次黃嘌呤誘導(dǎo)大鼠高尿酸血癥模型，根據(jù)高尿酸血癥大鼠血清和肝臟中的XOD活性，探究其抗尿酸能力，最后再觀察對大鼠尿酸鈉誘發(fā)關(guān)節(jié)炎模型的影響，包括炎癥因子水平和踝關(guān)節(jié)炎癥的組織學(xué)改變等。

枳實（AFI），源于柑橘類植物，是一種藥食兩用植物，Wang等[52]以AFI為原料合成的CDs（AFIC-CDs），研究發(fā)現(xiàn)AFIC-CDs可顯著降低高尿酸血癥大鼠血清和肝臟的XOD活性，減少腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）等炎癥因子水平，從而改善體內(nèi)外尿酸鈉晶體誘導(dǎo)的痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎。中藥材葛根（，PLR）含有大量的碳、氮和氧元素，是制備CDs的優(yōu)良材料，醫(yī)書《太平圣惠方》中曾有記載一食療方馬齒莧葛根茶可以降酸、利尿。Wang等[53]利用葛根為原材料合成的葛根碳點（PLR-CDs），研究發(fā)現(xiàn)它既可以通過抑制XOD活性來降低尿酸水平，發(fā)揮抗尿酸作用，又可以改善急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎大鼠的踝關(guān)節(jié)腫脹和滑膜炎癥損傷情況，實現(xiàn)抗炎活性。

1.3 降血糖

近來有研究報道消化過程中碳水化合物的降解率與餐后血糖和胰島素水平的調(diào)節(jié)有關(guān)。其中蔗糖酶和麥芽糖酶是腸道α-葡萄糖苷酶中的2個重要關(guān)鍵酶，參與碳水化合物的分解和糖蛋白的生物合成。因此，開發(fā)針對蔗糖酶和麥芽糖酶的治療性抑制劑或通過改善碳水化合物的降解率，對糖代謝紊亂有良好的治療作用。

山楂Bge.作為是一種傳統(tǒng)的藥用植物，具有調(diào)節(jié)消化功能和保護(hù)心血管系統(tǒng)作用。該果實含有豐富的碳、氧、氮元素，可作為優(yōu)良的生物質(zhì)前體，充當(dāng)碳源及鈍化劑，制備出表面富含官能團(tuán)的CDs。山楂炭（CFC）是由山楂經(jīng)木炭加工而成的一種安全的藥用食品，一直用于治療消化系統(tǒng)疾病和肥胖癥，Lu等[54]研究發(fā)現(xiàn)CFC-CDs與小腸黏膜雙糖酶活性密切相關(guān)，是一種雙糖酶抑制劑，對糖代謝紊亂有治療作用，可通過抑制酶與底物結(jié)合生成葡萄糖，從而降低餐后血糖水平。麥芽為禾本科植物大麥L.的成熟果實，經(jīng)發(fā)芽干燥后的炮制加工品，具有疏肝健脾，消食化滯的作用，宋興興等[55]通過對麥芽炭的透析液進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其納米類成分對α-葡萄糖苷酶活性具有明顯的抑制性，可以降低餐后血糖水平?；诖耍琒un等[56]考慮到采用焦三仙（Jiaosanxian，JSX）為碳源，合成焦三仙衍生型的量子點（JSX-CDs），JSX是一種木炭中藥，是由焦麥芽、焦山楂、焦神曲藥材加工而成，具有明顯的促進(jìn)食欲和消化的作用，被廣泛用于治療消化不良。在葡萄糖誘導(dǎo)高血糖模型中發(fā)現(xiàn)，JSX-CDs可明顯降低血糖濃度，具有調(diào)節(jié)血糖的作用且空腹不會引起低血糖反應(yīng)，可作為一種潛在的新型降糖藥物。

1.4 鎮(zhèn)痛抗炎

大多數(shù)病理性疾病過程中都伴隨著疼痛和炎癥反應(yīng)，常用的鎮(zhèn)痛抗炎藥物雖有很好的療效但也會產(chǎn)生嚴(yán)重的不良反應(yīng)，包括心血管和各種腸胃副反應(yīng)等。因此，研究更安全、療效更好的新型替代藥具有重要的意義和價值。

炭化桑蠶繭（mulberry silkworm cocoons，MSCs）是一種以木炭為基礎(chǔ)的治療疼痛和出血的傳統(tǒng)中藥，它也廣泛的應(yīng)用于許多與炎癥相關(guān)的疾病，如皮膚潰瘍、發(fā)燒等，具有顯著的生物活性和良好的安全性，Wang等[57]在桑蠶繭木炭加工過程中發(fā)現(xiàn)了CDs（MSC-CDs）的存在，通過3種炎癥動物模型來評價MSC-CDs的抗炎活性及相關(guān)抗炎機(jī)制，結(jié)果顯示MSC-CDs可顯著降低二甲苯所致得小鼠耳部水腫現(xiàn)象以及乙酸誘導(dǎo)的血管通透性，降低血漿外滲，且對于脂多糖誘導(dǎo)的膿毒癥模型而言，經(jīng)MSC-CDs處理后可顯著抑制IL-6和TNF-α產(chǎn)生，肺損傷較輕，癥狀得到改善。趙玉升等[58]對伏龍肝（TFU）的水煎液提取分析發(fā)現(xiàn)了TFU-CDs成分，通過熱浴甩尾和熱板實驗可知TFU-CDs高劑量組對小鼠疼痛有良好的鎮(zhèn)痛作用。曹鵬等[59]研究發(fā)現(xiàn)從黃芩炭水煎液中分離出碳納米類成分，對二甲苯所致的小鼠耳腫脹現(xiàn)象有較強的抑制作用，同時能夠降低急性腹膜炎小鼠腹腔毛細(xì)血管的通透性，具有一定的抗炎活性。

1.5 抗氧化

氧化應(yīng)激是指體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)失衡，產(chǎn)生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）中間體。一般正常水平的ROS對細(xì)胞信號調(diào)節(jié)和穩(wěn)態(tài)起決定性作用，過量積累則會導(dǎo)致氧化損傷、炎癥、疾病和癌癥的發(fā)生。丙二醛（malondialdehyde，MDA）可以作為評價氧化應(yīng)激的主要生物標(biāo)志物。

Wei等[60]以天然中藥材絞股藍(lán)為前驅(qū)體，不添加任何表面鈍化化學(xué)物質(zhì)，合成了熒光CDs，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)CDs處理后ROS和MDA含量明顯降低，可促進(jìn)相關(guān)抗氧化基因mRNA的表達(dá)，編碼更多的抗氧化蛋白，減輕H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，降低氧化損傷，可成為治療由過度氧化損傷引起的疾病的潛在候選藥物。Sachdev等[61]以芫荽L.葉為原料，在高溫高壓水熱處理過程中通過脫水和碳化進(jìn)行原位表面鈍化，該CDs具有抗氧化活性，且呈一定劑量依賴性。中藥材烏豆中富含大量的氮原子可以合成具有優(yōu)異發(fā)光性能的CDs，Jia等[62]以其為原料，在不添加任何表面鈍化劑的情況下一步水熱法制備了穩(wěn)定性的氮摻雜CDs（-CDs）。研究發(fā)現(xiàn)-CDs對DPPH和超氧陰離子自由基具有響應(yīng)性，隨著-CDs濃度增加，DPPH和超氧陰離子自由基清除率增加，清除機(jī)制主要與-CDs表面含有豐富的羧基、氨基和羥基活性基團(tuán)與自由基之間發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移相關(guān)。

1.6 抗病毒

甘草的主要成分為甘草酸，具有抗病毒免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗炎、保肝等多種生物學(xué)活性[63]，Tong等[64]以中藥活性成分甘草酸（glycyrrhizic acid，Gly）為原料，采用水熱法合成甘草酸CDs（Gly-CDs），具有較大的表面積和接觸位點，可以與病毒相互作用，對豬繁殖與呼吸綜合征（porcine reproductive and respiratory syndrome，PRRSV）表現(xiàn)出良好的抗病毒活性，約5個數(shù)量級，可從體外直接滅活PRRSV或通過抑制PRRSV的侵襲和復(fù)制過程，調(diào)節(jié)干擾素刺激基因的mRNA表達(dá)，降低PRRSV感染誘導(dǎo)ROS的生成，以及刺激細(xì)胞調(diào)節(jié)與PRRSV增殖直接相關(guān)的ATP特異依賴RNA解選酶DDX53、一氧化氮合酶NOS3表達(dá)實現(xiàn)抗病毒作用。姜黃素（curcumin，CCM），是從姜黃根中提取的多酚化合物，具有抗氧化、抗病毒、抗炎、抗癌、抗菌等功能，Du等[65]以其為原料首次制備出CCM抗病毒陽離子碳點（CCM-CDs），在提高CCM生物利用度的同時，它通過改變病毒表面蛋白的結(jié)構(gòu)，抑制病毒負(fù)鏈RNA合成，抑制病毒引起的ROS水平和促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生發(fā)揮協(xié)同抗病毒作用。

1.7 抗腫瘤

生姜因具有抗氧化、抗菌感化和抗致癌的特性，可作為傳統(tǒng)藥材使用。Li等[66]利用生姜為原材料合成CDs，通過對5種不同細(xì)胞系的體外活性研究發(fā)現(xiàn)，它可以通過上調(diào)基因的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS水平，在較高濃度時對HepG2細(xì)胞產(chǎn)生明顯的細(xì)胞毒性，體內(nèi)研究也發(fā)現(xiàn)，CDs可通過實體瘤的高通透性和滯留效應(yīng)（enhanced permeability and retention effect，EPR）滯留在腫瘤部位，對腫瘤生長產(chǎn)生抑制作用，具有明顯的抗肝癌活性。人參皂苷是人參屬植物中發(fā)現(xiàn)的具有多種生物活性的成分，其抗癌作用備受關(guān)注。Yao等[67]以人參皂苷Re為原料，采用一步水熱合成法制備了一種新型的光致發(fā)光Re-CDs，研究發(fā)現(xiàn)與人參皂苷Re相比，Re-CDs對癌細(xì)胞的增殖抑制作用更強，對正常細(xì)胞的毒性較低，其抗癌活性主要是通過提高ROS水平和通過胱天蛋白酶（caspase）介導(dǎo)的途徑抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)凋亡，具有良好的抗腫瘤活性。

2 生物傳感

重金屬離子或藥物大分子一般會通過像植物、土壤、廢水等過度流入環(huán)境中，當(dāng)累積劑量超過一定閾值對人體健康及生態(tài)環(huán)境都會產(chǎn)生系列問題，因此對其監(jiān)測和檢測尤為必要。CDs由于其自身的熒光優(yōu)勢，優(yōu)異的光穩(wěn)定性能，可以與檢測物結(jié)合形成絡(luò)合物或發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，通過熒光猝滅或增強現(xiàn)象選擇性和靈敏性地進(jìn)行檢測，見表1。

2.1 離子檢測

枸杞主要成分包括枸杞多糖、甜菜堿、吡咯生物堿和氨基酸等，其豐富的碳源和氮源是制備CDs的優(yōu)異生物前驅(qū)體。Sun等[68]以枸杞為原料，合成熒光CDs，表面有豐富的-OH基團(tuán)，與Fe3+通過配位形成復(fù)合物，存在著內(nèi)濾波效應(yīng)（inner filter effect，IFE），可使CDs熒光發(fā)生淬滅，線性范圍在0～30 μmol/L，檢測限低至21 nmol/L。Wu等[69]以虎杖為碳源，合成了一種低成本、環(huán)保的光致發(fā)光CDs（carbon nanodots，C-Dots），C-Dots表面的羧基和Hg2+之間存在相互作用，形成螯合物，產(chǎn)生電子或能量轉(zhuǎn)移，Hg2+濃度在50～100 μmol/L呈良好的線性關(guān)系，檢測限低至8.20 nmol/L。百合（LB）含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類和氨基酸等，Gu等[70]采用微波合成法可合成具有氮磷雙摻雜熒光CDs（LB-CDs），利用Cu2+與LB-CDs表面的羧基、羥基和氨基較強的親和力，可以結(jié)合形成非熒光絡(luò)合物，存在靜態(tài)熒光淬滅過程，在最佳檢測條件下，0.05～2 μmol/L檢測范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，檢測限低至12.8 nmol/L。

2.2 藥物分子檢測

Yang等[71]通過簡單、綠色一步水熱法以梔子為原料，碳化、表面功能化和摻雜同時發(fā)生制備水溶性氮摻雜CDs（fluorescent carbon nanodots，F(xiàn)CNs），研究發(fā)現(xiàn)，甲硝唑（metronidazole，MNZ）的加入會引起FCNs熒光淬滅，隨著溫度的升高，熒光猝滅常數(shù)逐漸增大，即溫度升高有利于熒光猝滅，淬火過程可能是存在動態(tài)猝滅。MNZ濃度在0.80～225.00 μmol/L線性良好，檢測限至279 nmol/L，可用于生物樣品中的分析。Asha Jhonsi等[72]以積雪草為碳源，因為它主要活性成分是三萜類化合物，包括積雪草酸和積雪草苷，還有些其他成分包括酚類、碳水化合物和氨基酸等元素含量豐富可作為前驅(qū)體合成CDs，該CDs對有機(jī)染料2-氰基-3-(4-二苯胺-苯基)-丙烯酸有熒光猝滅作用，主要是通過是電子轉(zhuǎn)移引起的。弓輝等[73]以綠色天然物質(zhì)石斛為原料，合成氮摻雜碳點，基于表面大量-NH2和-OH存在，可與藥物分子阿莫西林通過氫鍵結(jié)合，造成其表面電子發(fā)生重排，導(dǎo)致熒光淬滅，檢出限達(dá)0.15 μmol/L。

表1 中藥衍生碳點用于生物傳感

“—”未定量

“—”unquantified

3 生物成像

碳點因其粒徑小，很容易被細(xì)胞攝取，且因為表面缺陷態(tài)和晶格缺陷態(tài)的存在，使其具備一定波長的熒光發(fā)射，相較于傳統(tǒng)量子點而言具有低細(xì)胞毒性，良好的生物相容性，可應(yīng)用于生物成像領(lǐng)域。

Mazrad等[74]以多酚類化合物中藥材姜黃素為原料，通過濃硫酸碳化及聚乙二醇鈍化處理，生成了熒光強度強，量子產(chǎn)率高，熒光壽命長的多色熒光CDs。MTT法檢測CDs即使在高濃度情況下，細(xì)胞存活率仍接近100%，具有良好的生物相容性，通過激光共聚焦掃描顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)經(jīng)CDs孵育后的細(xì)胞在不同激發(fā)波長下呈現(xiàn)多色現(xiàn)象，可用于細(xì)胞多色成像應(yīng)用。Thota等[75]選擇具有一定的藥用價值的中藥材檸檬草為前驅(qū)體，合成的檸檬草CDs，具有優(yōu)異的生物相容性、低毒性和上轉(zhuǎn)換熒光特性，使得碳點在體成像研究時具有光穿透深度大、無背景光干擾以及對生物組織無損傷等一系列性能優(yōu)勢。Shahid等[76]采用薄荷葉為原料，表面經(jīng)聚乙烯亞胺鈍化修飾，顯示出更優(yōu)異的熒光量子產(chǎn)率以及高生物相容性，已成功用于MCF-7細(xì)胞中的多色熒光成像應(yīng)用。

4 總結(jié)與展望

中藥衍生碳點作為一種新型原料領(lǐng)域合成的量子點，具有特殊藥理活性、熒光穩(wěn)定性、生物相容性等優(yōu)點，使其在疾病治療、生物傳感、生物成像等各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

疾病治療中，“炒炭存性”，是中藥炮制中的常用方法，而炮制的關(guān)鍵在于“存性”，就是將中藥通過“炒炭”的方式保留或增加其有效成分或是降低藥物的毒副作用[77]?，F(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn)對于炭藥的活性及藥效作用主要包括止血、降血糖、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛抗炎等。但研究中對于其藥效產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)說法不一，以止血作用為例，以往研究多集中于燒炭過程中的炭素、Ca2+、鞣質(zhì)等成分變化，但僅這些成份變化無法適用于解釋功效各異的多種炭藥，且有研究發(fā)現(xiàn)在炭藥水煎液中發(fā)現(xiàn)了原水煎液中不含有的物質(zhì)，因此，大多學(xué)者猜測可能在炒炭過程中出現(xiàn)了新的物質(zhì)，而該物質(zhì)的出現(xiàn)為解釋其“存性”提供了新的突破口。高溫炭化是炭藥產(chǎn)生藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的關(guān)鍵，早在《雷公炮炙論》中就有對該過程的詳細(xì)描述，將中藥置于泥封的容器中創(chuàng)造高溫缺氧的環(huán)境進(jìn)行加工處理，對于溫度和時間有著嚴(yán)格的要求，而這一過程與目前制備CDs納米材料的方法如出一轍。因此從這種制備工藝角度切入，將炭藥炮制過程中存在新的物質(zhì)與新型炭質(zhì)納米顆粒熒光CDs聯(lián)系在一起，這為探索中藥“炒炭存性”發(fā)揮作用的關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)提供新的思路和研究方法。同時，巧妙利用CDs具有較高的表面積和sp2內(nèi)核特性，可通過π-π*堆積或靜電相互作用能與各種疏水分子相結(jié)合，從而增加它在水介質(zhì)中溶解度的優(yōu)勢，將難溶性中藥通過炭化提取其衍生碳點，在保留原生物活性或降低毒副作用的同時改善水溶性差等物理性質(zhì)，提高了中藥的生物利用度。但是目前針對于炭藥炮制過程也存在一定的問題，如加工炮制過程中生產(chǎn)工藝質(zhì)量控制以及產(chǎn)品炮制后的質(zhì)量考察指標(biāo)未有明確的規(guī)定等，致使其衍生的碳點結(jié)構(gòu)可能存在差異，藥理活性參差不齊，因此如何確定最佳炮制工藝，追究量化指標(biāo)，以及能否考慮以中藥衍生的碳點作為研究炭藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及其作用機(jī)制的指標(biāo)成分是后續(xù)需要深入探討與思考的重點。

生物傳感和成像領(lǐng)域中，由于中藥成分相對復(fù)雜，不夠均一，以其為原料合成的中藥衍生碳點普遍存在粒徑分布不均，表面基團(tuán)復(fù)雜，熒光量子產(chǎn)率較低，發(fā)射峰位置常聚集于短波長處等問題，限制了其在體外檢測與分析物之間的高特異性結(jié)合及在體內(nèi)無損傷成像中的應(yīng)用，因此，進(jìn)一步優(yōu)化中藥衍生熒光碳點的合成方法，通過加入鈍化劑或元素?fù)诫s調(diào)節(jié)它的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性以及提高其量子產(chǎn)率是一個亟待解決的問題，另外拓寬中藥衍生熒光碳點在體外細(xì)胞核靶向、體內(nèi)腫瘤靶向性，實現(xiàn)腫瘤核靶向定位成像和靶向病灶充分發(fā)揮其藥理活性以及是否能利用某些中藥材自身的特殊性能，如光敏性特質(zhì)，合成具有光敏療效作用的中藥衍生碳點應(yīng)用于光動力學(xué)領(lǐng)域也是一個新的研究方向。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research progress of carbon dots derived from traditional Chinese medicine

HUANG Qian-qian1, 2, 3, WU Cheng-yuan1, 2, 3, TENG Yun-feng1, 2, 3, YANG Yi-fan1, 2, 3, LIANG Yu-jie1, 2, 3, YANG Shang-qing1, 2, 3, WANG Zhong-min1, 2, 3, PENG Dai-yin1, 2, WANG Lei1, 2, 3, 4, CHEN Wei-dong1, 2, 3, 4

1. School of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230012, China 2. Anhui Key Laboratory of Chinese Medicinal Formula, Hefei 230012, China 3. Anhui Key Laboratory of Traditional Chinese Medicine Decoction Pieces of New Manufacturing Technology, Hefei 230012, China 4. Institute of Pharmaceutics, Anhui Academy of Chinese Medicine, Hefei 230012, China

Traditional Chinese medicine (TCM) charcoal drugs and TCM extracts at high temperature will produce “Chinese medicine charcoal drug nanoparticles”, which is similar to the preparation process of carbon dots. Since the particle size is less than 10 nm, it is called “carbon quantum dots derived from traditional Chinese medicine”. The quality standard of carbon medicine is “storage”. Carbon quantum dots prepared from traditional Chinese medicine as raw materials not only have hemostasis and anti-tumor effects, but also have the characteristics of low toxicity, good water solubility, high biocompatibility and excellent photoluminescence performance, which can be used in ion detection, drug analysis sensing, cell imaging, drug delivery and other fields. This paper reviewed the recent advances in the treatment of diseases, biosensors and cell imaging of carbon dots derived from traditional Chinese medicine, and provided some insights into the current challenges and future directions.

carbon dots derived from traditional Chinese medicine; fluorescence characteristic; disease treatment; biosensors; cell imaging; drug delivery

R28

A

0253 - 2670(2021)16 - 5089 - 09

10.7501/j.issn.0253-2670.2021.16.033

2020-11-11

國家自然科學(xué)基金面上項目（81773988）；國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFC1701600）；安徽中醫(yī)藥大學(xué)校級科研項目（2018zrzd04）；安徽省自然科學(xué)基金項目（1908085QH351）；安徽省科技重大專項項目（18030801131）；安徽省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項（201907d07050002）；安徽高校協(xié)同創(chuàng)新項目（GXXT-2019-043）

黃倩倩，女，碩士研究生，主要從事納米藥物代謝動力學(xué)。Tel: 15205519270 E-mail: 1138446546@qq.com

陳衛(wèi)東，男，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事藥代動力學(xué)、藥學(xué)和藥劑學(xué)研究。Tel: (0551)68129180 E-mail: anzhongdong@126.com

王 雷，男，主要從事中藥分析和納米藥物動力學(xué)研究。E-mail: wanglei@ahtcm.edu.cn

[責(zé)任編輯 王文倩]