熒光碳點在蒙藥現代研究中的應用概況

都來娜 特格希白音

(內蒙古醫科大學，內蒙古 呼和浩特 010110)

納米技術是21世紀興起的一類最重要的科技，它已經應用于多種領域例如生物成像和藥物檢測分析等。近幾年熒光納米材料已經取得了很大的關注，相對比于傳統的量子點它具有小尺寸特性及其納米材料本身獨特的性質特點，由于它的這些性質致使熒光納米材料戰勝了傳統量子點的穩定性低、熒光強度低、快速漂白等缺點，被廣泛的應用于生物醫學、民族藥學等以及相關領域。最早在2004年XU等[1]人意外發現了帶有熒光性的碳納米粒子之后在2006年sun等人[2]成功合成直徑小于10nm的熒光碳納米材料并命名為碳點。這個發現收到各類研究領域研究者的關注，特別是熒光碳點經過鈍化修飾后可以與有機物或無機物分子物質結合可以用于一系列的藥物載體、細胞體內外成像、生物傳感、疾病診療等，在醫藥領域中熒光碳藥也成為了一種新型藥物相對于傳統的碳藥新型碳藥具有高藥效，高穩定性，毒副反應小等特點[3]。本文結合了近幾年關于熒光碳點的研究主要從它的制備方法、生物醫學應用領域、蒙藥最新研究等做了總結。

1 熒光碳點制備方法

近年來熒光碳點的制備方法不再是簡單的制造更是優化它的熒光性質。根據工藝和過程的不同大致上可以分為2類：自上而下制備和自下而上制備方法.

1.1 自上而下制備方法 熒光碳點的自上而下的制備方法是指由較大的碳結構裂解為微小的碳納米粒。它包括了電化學氧化[4]、電弧放電法[5]、激光銷燭[6,7]等。李月等[4]利用電化學方法成功地合成了熒光碳納米顆粒，實驗結果表示透過透射電鏡結果制備的納米粒子粒徑大小分布在(2.5-=0.3)nm區間，而且其晶格間距為0.33nm左右，完全符合石墨的晶體特征，熒光光譜顯示該粒子于456nm具有穩定的可見光發射，其熒光量子效率達到0.11.

1.2 自下而上制備方法 自下而上制備方法主要指以小的分子為前體聚合形成納米級的碳顆粒，這類方法包括了水熱法[8]、微波輔助熱解法[9]、超聲波法[10]、酸脫水法等[11]。其中，應用最廣泛的是水熱法和微波輔助熱解法，通過這兩種方法均可實現一步制備熒光碳點。孫英祥等[8]以桃花為碳源，通過水熱法一步合成熒光碳點，其最適宜條件為桃花添加量0.15g，加入10ml水，在21℃下水熱15h得到碳點的熒光量子產率為26%，制備的碳點尺寸主要在4.8-=0.8的直徑區間，在281nm處有強的光吸收，紫外激發可發出明亮的藍色熒光，其它具有碳水化合物的花也可以通過此類方法制備熒光碳點，運用這類方法很有可能可以制備大量的熒光碳點。王珊珊[9]等以抗壞血酸為原料經過一步微波反應制備了熒光碳點，并通過x射線衍射(XRD)，透射電鏡(TEM)，紫外-可見吸收光譜，熒光光譜，博里葉紅外光譜(FTIR)進行表證其結果顯示以以抗壞血酸為原料制備的碳點近似球形，大小均勻，分散性良好，無團聚現象，熒光強度大，表面富含羧基和羥基，發射波長依賴于激發波長并且具有很強的親水性。在pH3～11的范圍內具有良好的熒光性能。

2 生物醫學領域應用概況

2.1 疾病診療 由于熒光碳點有良好的理化性質，自其被發現后便被廣泛應用于腫瘤疾病方面的研究。zhao[12]等人利用葉酸制備了出了綠色熒光碳點用于靶向腫瘤細胞，在體外實驗中由于碳點表面結合了葉酸使其性質發生改變后可以靶向停滯在MCF-7腫瘤細胞核和HepG-2腫瘤細胞質這不僅可以靶向腫瘤細胞更由于它的熒光性能顯微成像可用于早期腫瘤的診斷治療。Mukeshchand thakur[13]等通過阿拉伯膠( GA )微波輔助合成亮碳點( C-dots )并且以其作為分子載體運輸廣譜抗生素鹽酸環丙沙星，實驗結果表示環丙沙星通過碳點可以較容易的到達靶細胞，而不涉及嚴格的方案。并且由于碳點的發光特性其路徑可以被追蹤，相對于傳統藥物碳點載體的方式有提高藥物穩定性，靶向作用，緩釋藥物，延長藥物半衰期，增加藥物體內作用時間等一系列優勢。

2.2 生物成像 碳點由于其獨特的熒光性質在生物成像上的應用也越來越廣泛。Sun等[2]，他們利用碳點標記了大腸桿菌ATCC 25922細胞，并且通過共聚焦顯微鏡觀察到碳點可以被Caco-2細胞攝取。 Huang 等[14]在碳表面修飾了近紅外熒光物質 ZW800,碳點除了固有的 420 nm 吸收峰、510 nm 發射峰外還增加了來自 ZW800 的 770 nm 吸收峰、800 nm 發射峰。利用其在近紅外光區的激發和發射行為采用活體成像研究碳點在生物體內的分布代謝行為同時碳點固有的 420 nm 激發峰和 510 nm 發射峰, 也是更有利于碳點的體內光學影像。Lawrence 等[15]利用水熱法成功合成了具有上轉換功能的碳點, 以單光子熒光物質聚 4-乙烯基吡啶合成具有雙光子熒光特性的碳點并保持了較強的單光子熒光特征即可以同時用于單光子和雙光子成像。雙光子成像具有可用于深層組織成像、背景低、光損傷小等優點因此基于熒光碳點的雙光子或多光子成像材料必然會在生物成像方面有非常大的優勢。

2.3 生物傳感 碳點由于它的獨特熒光和電子傳遞性能，以及制備簡單、生物相容性好、靈敏度高、成本低廉,背景干擾小等特點廣泛應用于檢測生物體內各種生化物質成分的變化過程[16]。例如，用涂硼熒光碳點進行葡萄糖水平的檢測，不但能夠達到實際應用的標準，并且具有靈敏度高，干擾小的優點[17]。唐榮等人[18]以檸檬酸為原料采用一步水熱法合成熒光碳點所合成的熒光碳點在310激發波長下的螢光量子產率為5.3%，發射光譜隨著激發波長紅移而紅移，透射電鏡表征顯示熒光碳點在水溶液中分布均勻，它的平均粒徑2.9nm，而fe(3)對這些熒光碳點表現出選擇性猝滅效果，這種現象可以用于fe(3)檢測。

3 蒙藥研究領域中的應用

黑冰片為蒙醫特色藥材，豬科動物野豬Sus scrofa Linnaeus的完全燒成炭的干燥糞便，它有助消化、抗炎抑菌等功效，臨床應用長達數千年[19]。Tegexibaiyin Wang等[20]通過在體外模擬人體消化道的消化過程成功合成黑冰片熒光碳納米顆粒，新合成的黑冰片碳點透射電子顯微鏡顯示它的平均直徑是4nm，同時還擁有良好的在水中溶解度和較強的熒光性。另外通過L-賴氨酸和L-半胱氨酸的表面鈍化其相關量子產量提高到 1.53和3.68倍。在光漂白試驗中，黑冰片熒光碳點也顯示出了極好的穩定性。相對于電化學、激光銷燭等方法此方法是制備納米顆粒的一個新型方法它不僅節省了大量的費用及時間更重要的是它是通過模擬人體正常消化功能合成因此能在人體完全吸收并無任何有害風險還有能提高人體免疫功能等優點。

4 生物毒性

熒光碳點生物毒性的研究目前相對較少。通常應用于醫藥學研究的材料要求無毒和生物相容的。由于碳點在生物醫藥學領域具有應用潛能，其毒性也是人們非常關心的一個問題。碳點由無毒元素“碳”組成，使得它們成為有前景的生物分析工具。相關研究報道均顯示碳點在體內和體外都有較低的生物毒性。Tao等人[21]通過體外細胞實驗和體內小鼠實驗研究了碳點的生物毒性，其結果顯示體外實驗即使碳點濃度達到0.5 mg/mL，293T細胞的生長也沒有受到明顯的抑制作用；反而在體內實驗中，給小鼠按20 mg/kg的劑量注射碳點，通過血液生物分析和組織學分析說明此劑量在3個月內對于小鼠是安全的，證明了碳點具有良好的生物相容性。

5 總結

熒光碳點作為一個新型納米材料由于它經鈍化修飾后，可賦予碳點一些特殊性能, 如與其他有機物、無機物、高聚物及生物分子發生相互作用的能力以及優異的生物相容性在生物傳感、生化分析、生物成像和疾病治療等生物醫學領域有著重大的應用前景。當然隨著納米技術的不斷發達、更新，在于蒙藥研究中的應用提高了藥物制劑水平，同時也為納米蒙藥的研制提供了一定的基礎，這將給蒙藥帶來革命性的發展。然而傳統的蒙藥納米化后其理化性質，生物活性等方面有可能發生改變原有的藥效功能可能增強，也可能減弱，更有可能發生不良反應。還有單純對鼠的實驗監測結果等并不能保證人類使用的安全性，更重要的是免疫系統作為人類的防御系統至關重要，因此熒光碳點對人類免疫系產生的任何影響都是值得深思的。