碳量子点在肿瘤治疗中的应用(1)
[摘要] 碳量子点是一类新型的荧光纳米材料，具备优异的导电性、极好的生物相容性能、环境友好性、稳定性能等优势，其在生物、医学、光学、纳米电子学、传感器等领域、肿瘤诊断中的靶向成像及肿瘤治疗中的药物靶向运输领域中取得巨大的进步。本文主要综述碳量子点的制备、生物特性、生物应用、在体内和体外成像以及生物体新的荧光标志物、药物传递、靶向治疗、缓解药物、延长药物作用时间提高药效以及在乳腺癌治疗中的未来应用前景。
[关键词] 碳量子点;荧光探针;生物成像;乳腺癌
[中图分类号] R73-3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2020)05(a)-0069-04
Application of carbon quantum dots in tumor therapy
ZHANG Ya′nan WEN Haixia▲
Department of Physiology， Basic Medicine， Harbin Medical University， Heilongjiang Province， Harbin 150081， China
[Abstract] Carbon quantum dots is a kind of new fluorescent nano material， has excellent electrical conductivity， excellent biological compatibility， environment friendly and stable performance advantages， it has made tremendous progress in the fields of biology， medicine， optics， nanoelectronics， sensors， etc.， tumor targeting imaging in the diagnosis and treatment of drug targeting. This paper mainly reviews the preparation， biological characteristics， biological applications of carbon quantum dots， in vivo and in vitro imaging， new fluorescence markers of organisms， drug delivery， targeted therapy， mitigation drugs， prolonging drug action time to improve the efficacy of treatment， and the future application prospect in the treatment of breast cancer.
[Key words] Carbon quantum dots; Fluorescent probe; Biological imaging; Breast cancer
碳量子點(carbon quantum dots，CQDs)是一种新兴的荧光纳米材料，具有良好的光学性能。纳米颗粒具有尺寸较小、毒害作用低、水溶性优异、环境友好、价格低廉、原料可通过多种渠道获得等诸多优势。因而CQDs应用前景广泛，在生物医学领域和生物成像领域有突出的应用价值，已引起广泛关注[1]。
1 CQDs的概述
1.1 CQDs的简介
CQDs是一种几何形状近乎球形纳米碳颗粒，粒径<10 nm，单分散，具有光致发光的性质[2]。2004年Xu等[3]通过电泳法对单臂碳纳米管进行纯化实验时，无意间发现了一种发荧光的物质，推测可能是CQDs。2006年，Sun等[4]等制备了尺寸很小纳米粒子通过激光消融的方法，用聚乙二醇聚合物1500 N(polyethylene glycol，PEG1500 N)进行表面钝化，发现了可随可见光区域变化而改变荧光的物质。有机染料和传统的半导体量子点具有以下缺点：造价高、对环境破坏大、产生光漂白现象。与这些比较，CQDs不仅有优异的荧光特点，还拥有许多其他的优良性能，比如制作成本低、良好的溶水性、稳定性的化学性能、表面易于修饰、良好的光稳定性、低生物毒性等[5-6]，因此，CQDs被广泛应用到分析检测[7]、生物传感[8-9]和生物成像[10-11]等方面。
1.2 CQDs的制备
1.2.1 自上而下法 自上而下的合成方法是指将大尺寸分子的碳源利用一系列物理或者刻蚀技术转变成所需要的小分子CQDs的方法[12]。自上而下的方法包括电弧放电凝胶电泳法、激光烧蚀法和电化学氧化，通常需要昂贵的设备和苛刻的条件来剥落或氧化碳粉或石墨棒[13]。
1.2.2 自下而上法 自下而上法是利用碳材料合成CQDs通过小分子的分子或者游离的离子[12]。自下而上法合成CQDs的碳材料来源广泛如葡萄糖、尿素、聚乙二醇、柠檬酸离子液体等有机小分子材料或低聚物。合成方法众多，如燃烧法、模板法、热解法、化学氧化法、微波合成法、水热/溶剂热处理法等[14]。
1.3 CQDs的特性
1.3.1 CQDs的荧光特性 目前对CQDs发光机理的研究，众多研究者还未给出明确定论。因为CQDs显示出独特的光学性质，是利用了一系列物理或者化学的方法，CQDs的多种合成方法在光学性质和结构上都存在很大程度的不同，所以很难解释CQDs的发光原理。但近期大量研究显示[14-18]，当通过钝化处理过的有机物附着在CQDs的表面时，可以很大程度上提高CQDs的荧光性能。目前的研究认为[19-21]，CQDs荧光发射的影响因素主要包括纳米半导体量子限域效应、表面局域电子态、分子态和交联增强效应，这些因素在CQDs发射过程中影响效果不同。关于CQDs的研究显示[22]，CQDs的激发波长决定了其光学性能，即CQDs激发光的强度越强和波长越长，CQDs的荧光发射强度越强，并决定了荧光发光峰的位置。CQDs浓度的改变是否可直接影响C点纳米颗粒之间相互作用，从而对其荧光发射特性产生影响，这需要进一步研究探讨。, 百拇医药(张亚楠 温海霞)
[关键词] 碳量子点;荧光探针;生物成像;乳腺癌
[中图分类号] R73-3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2020)05(a)-0069-04
Application of carbon quantum dots in tumor therapy
ZHANG Ya′nan WEN Haixia▲
Department of Physiology， Basic Medicine， Harbin Medical University， Heilongjiang Province， Harbin 150081， China
[Abstract] Carbon quantum dots is a kind of new fluorescent nano material， has excellent electrical conductivity， excellent biological compatibility， environment friendly and stable performance advantages， it has made tremendous progress in the fields of biology， medicine， optics， nanoelectronics， sensors， etc.， tumor targeting imaging in the diagnosis and treatment of drug targeting. This paper mainly reviews the preparation， biological characteristics， biological applications of carbon quantum dots， in vivo and in vitro imaging， new fluorescence markers of organisms， drug delivery， targeted therapy， mitigation drugs， prolonging drug action time to improve the efficacy of treatment， and the future application prospect in the treatment of breast cancer.
[Key words] Carbon quantum dots; Fluorescent probe; Biological imaging; Breast cancer
碳量子點(carbon quantum dots，CQDs)是一种新兴的荧光纳米材料，具有良好的光学性能。纳米颗粒具有尺寸较小、毒害作用低、水溶性优异、环境友好、价格低廉、原料可通过多种渠道获得等诸多优势。因而CQDs应用前景广泛，在生物医学领域和生物成像领域有突出的应用价值，已引起广泛关注[1]。
1 CQDs的概述
1.1 CQDs的简介
CQDs是一种几何形状近乎球形纳米碳颗粒，粒径<10 nm，单分散，具有光致发光的性质[2]。2004年Xu等[3]通过电泳法对单臂碳纳米管进行纯化实验时，无意间发现了一种发荧光的物质，推测可能是CQDs。2006年，Sun等[4]等制备了尺寸很小纳米粒子通过激光消融的方法，用聚乙二醇聚合物1500 N(polyethylene glycol，PEG1500 N)进行表面钝化，发现了可随可见光区域变化而改变荧光的物质。有机染料和传统的半导体量子点具有以下缺点：造价高、对环境破坏大、产生光漂白现象。与这些比较，CQDs不仅有优异的荧光特点，还拥有许多其他的优良性能，比如制作成本低、良好的溶水性、稳定性的化学性能、表面易于修饰、良好的光稳定性、低生物毒性等[5-6]，因此，CQDs被广泛应用到分析检测[7]、生物传感[8-9]和生物成像[10-11]等方面。
1.2 CQDs的制备
1.2.1 自上而下法 自上而下的合成方法是指将大尺寸分子的碳源利用一系列物理或者刻蚀技术转变成所需要的小分子CQDs的方法[12]。自上而下的方法包括电弧放电凝胶电泳法、激光烧蚀法和电化学氧化，通常需要昂贵的设备和苛刻的条件来剥落或氧化碳粉或石墨棒[13]。
1.2.2 自下而上法 自下而上法是利用碳材料合成CQDs通过小分子的分子或者游离的离子[12]。自下而上法合成CQDs的碳材料来源广泛如葡萄糖、尿素、聚乙二醇、柠檬酸离子液体等有机小分子材料或低聚物。合成方法众多，如燃烧法、模板法、热解法、化学氧化法、微波合成法、水热/溶剂热处理法等[14]。
1.3 CQDs的特性
1.3.1 CQDs的荧光特性 目前对CQDs发光机理的研究，众多研究者还未给出明确定论。因为CQDs显示出独特的光学性质，是利用了一系列物理或者化学的方法，CQDs的多种合成方法在光学性质和结构上都存在很大程度的不同，所以很难解释CQDs的发光原理。但近期大量研究显示[14-18]，当通过钝化处理过的有机物附着在CQDs的表面时，可以很大程度上提高CQDs的荧光性能。目前的研究认为[19-21]，CQDs荧光发射的影响因素主要包括纳米半导体量子限域效应、表面局域电子态、分子态和交联增强效应，这些因素在CQDs发射过程中影响效果不同。关于CQDs的研究显示[22]，CQDs的激发波长决定了其光学性能，即CQDs激发光的强度越强和波长越长，CQDs的荧光发射强度越强，并决定了荧光发光峰的位置。CQDs浓度的改变是否可直接影响C点纳米颗粒之间相互作用，从而对其荧光发射特性产生影响，这需要进一步研究探讨。, 百拇医药(张亚楠 温海霞)