pH响应型碳点的荧光机制和生物医学应用

碳点(CDs)作为一种新型的零维碳基纳米材料,由于其优异的荧光性质、良好的生物兼容性、低细胞毒性以及丰富的表面官能团等性质,在荧光传感和生物医学领域具有巨大的应用潜力。特别是针对肿瘤弱酸性的微环境特点,设计pH响应型碳点来实现对肿瘤的特异性治疗将尤为重要。本文对近年来基于pH响应型碳点的研究工作进行了系统的调研,综述了pH响应型碳点的荧光机制及其在pH传感、生物成像及癌症治疗等生物医学领域的应用,并对pH响应型碳点目前面临的主要挑战以及未来发展的方向进行了展望。     

碳点在生物医学领域中的应用

碳点作为新兴的碳纳米材料之一,由于具有低细胞毒性、强亲水性、良好的生物相容性、优异的光稳定性、可调的发光和易于修饰等独特的理化特性,在生物医学领域具有广泛的应用前景。本综述主要阐述了碳点在生物成像、药物/染料/蛋白/基因的递送和癌症诊断治疗等方面的应用,并探讨了其在生物医学领域应用的当前挑战和未来前景。     

应用于生物医疗领域的碳纳米点及其复合物

碳纳米点作为新兴的碳纳米材料,具备制备成本低、尺寸小、低毒、生物相容性高、水溶性好、易修饰、光物理性质独特等诸多优点,在生物医疗领域展现了独有的优势和应用前景。由于具有丰富的表面官能团,碳纳米点可以与靶向配体、医学影像造影剂、核酸、化学药物、光敏剂、光热转换试剂等功能性诊断治疗试剂相互作用形成复合物。目前,碳纳米点及其复合物在医学影像、基因治疗、化学药物治疗、光热、光动力治疗等生物医学诊断治疗领域的应用正在被广泛的开发和报道。这些工作对开发基于碳纳米点的医学诊断治疗试剂及其临床推进具有重要意义,为推进人类重大疾病的个体化、可视化、非入侵式、小损伤的诊断治疗提供一种新的药物体系。本文将关注应用于诊断治疗领域的碳纳米点及其复合物的设计、构建及性能研究,对已报道的基于碳纳米点的诊断治疗试剂在生物医疗领域的研究进展进行总结和讨论。     

2019年5期 电子期刊

碳纳米点（碳点）是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

氮掺杂碳点的合成与应用

碳纳米点(碳点)是一种新型的纳米发光材料,具有优异的发光性能、良好的生物相容性、低毒性、水溶性好和表面易功能化等特性,在光电器件、生物成像、光热治疗等领域展现了潜在应用价值。然而,合成碳点的前驱体材料多种多样,合成方法各有不同,导致其发光机理复杂多样。本文主要针对使用柠檬酸作为碳源、尿素或氨水作为氮源,采用微波和溶剂热的合成方法制备的氮掺杂碳点,探索碳点的发光机理和抑制碳点聚集诱导荧光猝灭的方法,并进一步研究碳点在固态照明、可见光光通讯、生物成像和光热治疗等领域的应用前景。     

发光碳纳米点的带隙调控及应用

碳点作为一种新型的碳基荧光纳米粒子由于其可调谐发光、高光稳定性、生物相容性和低成本等独特优势而引起了很多关注。在过去的十几年中,碳点的制备和应用取得了巨大进展。然而,由于前体和合成方法的多样性,碳点的光致发光机理具有很大争议。现在人们普遍认为,碳点的光致发光源于电子在带隙的跃迁,并将荧光起源分别归结为碳核跃迁(π-π~*)、表面态跃迁(n-π~*)以及分子荧光团等。本文总结了碳点发光起源的几种可能和机制,分别讨论了通过调控碳点粒径以及进行表面工程处理的方法来实现碳纳米点带隙可调控的高效发光。介绍了通过表面工程、元素掺杂等手段提升碳纳米点光致发光量子产率及其在光电器件、信息存储、生物成像、光热治疗以及光动力治疗中的应用。     

碳点用于荧光成像介导的原位膀胱癌靶向光动力/光热治疗

膀胱癌是泌尿系统中最常见的肿瘤之一.目前,化疗与手术切除等治疗手段不能有效治愈该肿瘤,并且上述两种治疗方式会产生副作用,降低患者的生活质量.光疗则为膀胱癌提供了一种新的治疗手段.在本工作中,以靶向膀胱癌细胞的小肽PLZ4修饰多功能碳点,得到了兼具靶向膀胱癌细胞及光动力/光热治疗功能的PLZ-4碳点(PCDs).细胞实验...     

近红外二区聚集诱导发光探针在生物医学中的应用

近红外二区聚集诱导发光探针在生物医学中的应用是一个新兴的研究领域。近红外二区聚集诱导发光探针突破了传统荧光探针穿透深度浅、光损伤小以及聚集态荧光效率低下的限制,为深层组织的高分辨率荧光成像提供了可能。研究表明,通过合理的分子设计可实现近红外二区聚集诱导发光探针激发态能量辐射跃迁与非辐射跃迁之间的可控调节,即单一近红外二区聚集诱导发光探针可同时兼具荧光、光声和光热三模态成像能力,以及多模成像指导的光热和光动力治疗。目前,近红外二区聚集诱导发光探针已发展为构建疾病诊疗一体化平台的重要选择之一。基于此,本综述系统总结了近红外二区聚集诱导发光探针的最新研究进展,主要包括分子设计及其在生物医学中的应用。最后提出目前的发展瓶颈,并对其未来的发展方向与前景进行了展望。     

用于医学磁共振影像的稀土上转换发光纳米材料

上转换发光纳米颗粒是一类遵循反斯托克斯原理的新型发光材料,具有发光强度高、发光稳定、无组织背景荧光、无光漂白、低毒性以及较好的生物相容性等优点,其激发光为红外或者近红外光,活体组织穿透深度高,在生物医学检测、诊断以及疾病治疗等方面均具有潜在的应用价值。磁共振成像是目前医学临床常用的影像检测手段之一,具有软组织成像质量高、空间分辨率高、无辐射、无损伤等优点,在心脑血管、肿瘤等疾病的影像诊断方面具有重要作用。本文将聚焦于近年来稀土上转换发光纳米材料在磁共振影像方面的研究进展,通过介绍磁共振成像机理、磁共振造影剂的构建、上转换发光纳米材料的设计及在磁共振医学影像、疾病治疗等方面的应用,并结合我们课题组基于UCNP医学磁共振多模态影像的相关研究进展,对上转换发光纳米颗粒在磁共振成像方面的应用研究进行探讨和展望。     

抗聚集诱导荧光猝灭的固态发光碳纳米点:制备、光物理性质及应用

碳点由于其低毒性、易制备、良好的光稳定性及可调的发光等特性有望成为一类理想的新型固态发光材料。然而,由于聚集诱导荧光猝灭(ACQ)效应的存在,使得碳点在固态发光领域的发展受到了限制,因此制备具有抗ACQ效应的固态发光碳点是碳点研究领域的一个重要方向。本文根据固态发光碳点研究的最新进展,从碳核、表面态调控、超分子及聚合物交联增强发光方面分类总结了具有抗ACQ效应固态发光碳点的制备方法及光物理性质,探讨了其实现固态发光的物理机制。此外,还介绍了该类碳点在固态发光领域的应用进展,并对固态发光碳点的发展现状和所面临的问题进行了讨论。     

氮掺杂碳纳米点的研究进展

碳纳米点由于具有独特的发光特性、良好的生物相容性、低毒性、良好的光稳定性等特性在近年来被广泛关注。这些特性使其在光电器件、可见光通讯、肿瘤治疗、生物成像等领域拥有潜在的应用价值。受到原料和合成方法的影响,碳纳米点材料体系多种多样。本文将系统地综述本课题组近年来以柠檬酸和尿素为主要原料合成的氮掺杂碳纳米点及其物理化学性质,探讨碳纳米点能带调控的方法及原理,并介绍碳纳米点的应用研究进展。     

荧光碳点的制备、发光机理及应用

碳点合成原料来源广泛,发光性能可调,生物相容性良好,在生物成像、离子检测、发光材料等领域具有巨大的应用潜力。本文综述了碳点的制备方法、发光原理以及应用,重点介绍了碳点的制备方法,总结了近年来碳点在催化、生物成像等领域的最新进展;指出未来研究中需要进一步对碳点的合成进行优化,深入探究碳点的发光机理;制备发光波长可调、尺寸可调的碳点,对其在发光器件、生物成像、传感等领域的应用具有重要意义。     

近红外光热转换纳米晶研究进展

近红外光热转换纳米晶材料因其在近红外区(普遍位于780~1 400 nm)的高效光热转换性能,已广泛应用于光热杀死癌细胞、肿瘤治疗、海水淡化等领域。因其多样的液相制备方法和形貌控制、纳米结构复合、逐渐提高的光热转换效率以及表面易于药物修饰等优点,该材料在光热成像诊断、光热治疗等领域引起了学术界的广泛关注。本文综述了近红外光热转换纳米晶的研究进展,主要包括贵金属纳米晶、铜硫族半导体纳米晶、碳相关纳米晶以及这些纳米晶材料构成的复合结构,同时介绍了具有较高光热转换效率的表面等离子体共振(SPR)材料的研究进展,尤其是双模态SPR性质的耦合在光热转换领域的应用前景。基于其性能协同耦合的特性,双模态表面等离子体共振耦合的复合纳米晶将是近几年光热转换纳米晶发展的重要方向。     

荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展

碳量子点是一类具有优异的荧光性能和高生物相容性的纳米材料,在很多领域有广泛的应用,是目前研究的热点材料。本文介绍了碳量子点不同的合成方法,以及碳量子点的荧光、化学发光、电化学发光、类过氧化物酶的活性及毒性等性能的最新研究进展。此外,还对碳量子点在生物传感、生物成像及药物传递等生物医学应用进行了概述。     

基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和发展

高灵敏度的单粒子检测技术是纳米粒子在生物医学、化学、光电子等领域应用的前提条件。常见的单粒子检测技术主要包括基于粒子的荧光、拉曼、散射和吸收等信号而发展起来的光学显微成像及光谱技术。其中,拉曼光谱和荧光光谱技术主要适用于一些具有拉曼活性的分子/粒子或可发光的荧光分子或粒子,然而即使对于荧光效率高的有机染料分子和半导体纳米粒子,固有的光漂白和blinking现象也对单粒子探测形成了挑战。散射光谱测量是应用于单粒子检测的另外一种方法,从理论上讲,由于瑞利散射随着尺寸的减小而呈六次方减弱的趋势,在细胞或生物组织内,小尺寸粒子的散射信号很难从背景散射噪声中分离出来。众所周知,介质吸收激发光后会引起介质内的折射率变化,进而在光加热区附近出现折射率的梯度分布,称为光热效应(photothermal effect)。基于粒子光热效应的光学显微成像和光谱测量技术具有信号灵敏度高、无背景散射、原位和免标记等优点,在单粒子检测领域展现了良好的应用潜力。综述了近年来基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和研究发展,首先介绍了光热效应的测量原理;接着分别讨论了光热透镜测量技术、微分干涉相差测量技术和光热外差测量技术的实验装置,比较了各种测量技术的信噪比、灵敏度、分辨率等特点,并且介绍这些测量技术在单粒子检测中的应用研究进展;接着,论述了近年来研究人员在提高光热显微测量的信噪比、改善动态测量性能以及在红外波段拓展等方面的最新研究成果;最后,简单总结了光热测量技术在单粒子检测领域所面临的挑战。     

基于超级碳点的水致荧光“纳米炸弹”

介绍了一种发光性质依赖于水接触的新型纳米发光材料--基于超级碳点的发光"纳米炸弹"。在甲苯溶液中, 这种"纳米炸弹"光致发光很弱;当遇见水后, "纳米炸弹"分解为小的碳点, 光致发光显著增强。将"纳米炸弹"与纸复合可应用在喷水荧光打印和汗孔成像。目前, 大部分智能荧光材料存在光稳定性差, 潜在的生物毒性, 制备成本高, 或与传统喷墨打印不兼容等缺点。本文报道的碳基纳米材料没有(或很少有)这些缺点, 并可实际应用在光信息存储, 司法鉴定和医疗检测等领域。     

氮掺杂发光碳纳米点的研究探索

采用微波法制备了氮掺杂碳纳米点。通过调控碳纳米点中氮元素的掺杂含量和表面的化学环境,实现了对碳纳米点发光特性的调控。在此基础上,可实现完全基于氮掺杂碳纳米点的荧光墨水、比率型荧光探针及光泵浦激光。研究目的在于探索氮掺杂碳纳米点的发光机理,揭示影响碳纳米点荧光量子效率的因素及其在生物成像、传感、防伪、信息存储、激光等领域的应用。     

聚集诱导发光材料在光学诊疗中的研究进展

光学诊疗是一种利用光激活的激发态能量转化效应实现疾病诊断和同时原位治疗的新型诊疗模式,它具有时空选择性高、毒副作用低、疗效好和可控性强等优点,在疾病诊疗中展现了巨大的应用潜力。近些年,得益于其生物安全性好、光物理性质可调、易于合成和功能化修饰、出色的荧光和光敏性能、以及可便于构筑多模态诊疗试剂等优势,聚集诱导发光材料在光学诊疗领域取得了重大突破进展。基于此,本文从如何通过精准分子设计以及调控分子在聚集态下的运动构筑高效的聚集诱导发光光诊疗体系出发,从荧光成像指导的光动力治疗、光声成像指导的光热治疗和多模态成像指导的协同治疗三个方面总结了聚集诱导发光材料在光学诊疗领域的最新研究进展,并对其未来的发展方向与前景进行了展望。     

反射式血氧饱和度检测方法的研究

近红外光谱技术可实现组织中血氧代谢的实时无损伤在体测量, 在生物医学领域得到了广泛应用。 本文利用红光、红外光双光束对指尖进行了基于反射式原理的血氧饱和度(SPO2)检测。通过改变入射光的强度, 并在距入射光1.5cm处采集其反射信号, 观察光强变化对光学体积描记（PPG）信号的影响。实验表明在入射光强不同时, 光到达生物组织层次不同, 所得信号幅度、信噪比都不同。以此提出改变光强法来检测组织不同层次的血氧饱和度。     

镧系元素掺杂的高效率上转换纳米粒子的合成（英文）

上转换纳米粒子在近红外光激发下发射紫外/可见/近红外光,也称为反斯托克斯发射。这一独特的光学性质排除了来自于生物材料的背景荧光和散射光,为光学生物应用,如生物成像、光动力学治疗、药物输送等开辟了新的途径。为了实现更好的应用性能,在许多情况下需要高效率的镧系元素上转换纳米颗粒。一般来说,上转换纳米粒子的质量往往与其合成方法有关。在这篇综述中,我们将主要阐述上转换纳米粒子的各种合成过程,总结了几种获得高发光效率的上转换纳米粒子的有效途径。