熒光碳點(diǎn)在蒙藥現(xiàn)代研究中的應(yīng)用概況

都來娜 特格希白音

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110)

納米技術(shù)是21世紀(jì)興起的一類最重要的科技，它已經(jīng)應(yīng)用于多種領(lǐng)域例如生物成像和藥物檢測(cè)分析等。近幾年熒光納米材料已經(jīng)取得了很大的關(guān)注，相對(duì)比于傳統(tǒng)的量子點(diǎn)它具有小尺寸特性及其納米材料本身獨(dú)特的性質(zhì)特點(diǎn)，由于它的這些性質(zhì)致使熒光納米材料戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)量子點(diǎn)的穩(wěn)定性低、熒光強(qiáng)度低、快速漂白等缺點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、民族藥學(xué)等以及相關(guān)領(lǐng)域。最早在2004年XU等[1]人意外發(fā)現(xiàn)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(diǎn)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)收到各類研究領(lǐng)域研究者的關(guān)注，特別是熒光碳點(diǎn)經(jīng)過鈍化修飾后可以與有機(jī)物或無機(jī)物分子物質(zhì)結(jié)合可以用于一系列的藥物載體、細(xì)胞體內(nèi)外成像、生物傳感、疾病診療等，在醫(yī)藥領(lǐng)域中熒光碳藥也成為了一種新型藥物相對(duì)于傳統(tǒng)的碳藥新型碳藥具有高藥效，高穩(wěn)定性，毒副反應(yīng)小等特點(diǎn)[3]。本文結(jié)合了近幾年關(guān)于熒光碳點(diǎn)的研究主要從它的制備方法、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域、蒙藥最新研究等做了總結(jié)。

1 熒光碳點(diǎn)制備方法

近年來熒光碳點(diǎn)的制備方法不再是簡(jiǎn)單的制造更是優(yōu)化它的熒光性質(zhì)。根據(jù)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(diǎn)的自上而下的制備方法是指由較大的碳結(jié)構(gòu)裂解為微小的碳納米粒。它包括了電化學(xué)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(xué)方法成功地合成了熒光碳納米顆粒，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示透過透射電鏡結(jié)果制備的納米粒子粒徑大小分布在(2.5-=0.3)nm區(qū)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(wěn)定的可見光發(fā)射，其熒光量子效率達(dá)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(jí)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(yīng)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(shí)現(xiàn)一步制備熒光碳點(diǎn)。孫英祥等[8]以桃花為碳源，通過水熱法一步合成熒光碳點(diǎn)，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(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率為26%，制備的碳點(diǎn)尺寸主要在4.8-=0.8的直徑區(qū)間，在281nm處有強(qiáng)的光吸收，紫外激發(fā)可發(fā)出明亮的藍(lán)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(diǎn)，運(yùn)用這類方法很有可能可以制備大量的熒光碳點(diǎn)。王珊珊[9]等以抗壞血酸為原料經(jīng)過一步微波反應(yīng)制備了熒光碳點(diǎn)，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(jìn)行表證其結(jié)果顯示以以抗壞血酸為原料制備的碳點(diǎn)近似球形，大小均勻，分散性良好，無團(tuán)聚現(xiàn)象，熒光強(qiáng)度大，表面富含羧基和羥基，發(fā)射波長(zhǎng)依賴于激發(fā)波長(zhǎng)并且具有很強(qiáng)的親水性。在pH3～11的范圍內(nèi)具有良好的熒光性能。

2 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用概況

2.1 疾病診療 由于熒光碳點(diǎn)有良好的理化性質(zhì)，自其被發(fā)現(xiàn)后便被廣泛應(yīng)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(diǎn)用于靶向腫瘤細(xì)胞，在體外實(shí)驗(yàn)中由于碳點(diǎn)表面結(jié)合了葉酸使其性質(zhì)發(fā)生改變后可以靶向停滯在MCF-7腫瘤細(xì)胞核和HepG-2腫瘤細(xì)胞質(zhì)這不僅可以靶向腫瘤細(xì)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(diǎn)( C-dots )并且以其作為分子載體運(yùn)輸廣譜抗生素鹽酸環(huán)丙沙星，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示環(huán)丙沙星通過碳點(diǎn)可以較容易的到達(dá)靶細(xì)胞，而不涉及嚴(yán)格的方案。并且由于碳點(diǎn)的發(fā)光特性其路徑可以被追蹤，相對(duì)于傳統(tǒng)藥物碳點(diǎn)載體的方式有提高藥物穩(wěn)定性，靶向作用，緩釋藥物，延長(zhǎng)藥物半衰期，增加藥物體內(nèi)作用時(shí)間等一系列優(yōu)勢(shì)。

2.2 生物成像 碳點(diǎn)由于其獨(dú)特的熒光性質(zhì)在生物成像上的應(yīng)用也越來越廣泛。Sun等[2]，他們利用碳點(diǎn)標(biāo)記了大腸桿菌ATCC 25922細(xì)胞，并且通過共聚焦顯微鏡觀察到碳點(diǎn)可以被Caco-2細(xì)胞攝取。 Huang 等[14]在碳表面修飾了近紅外熒光物質(zhì) ZW800,碳點(diǎn)除了固有的 420 nm 吸收峰、510 nm 發(fā)射峰外還增加了來自 ZW800 的 770 nm 吸收峰、800 nm 發(fā)射峰。利用其在近紅外光區(qū)的激發(fā)和發(fā)射行為采用活體成像研究碳點(diǎn)在生物體內(nèi)的分布代謝行為同時(shí)碳點(diǎn)固有的 420 nm 激發(fā)峰和 510 nm 發(fā)射峰, 也是更有利于碳點(diǎn)的體內(nèi)光學(xué)影像。Lawrence 等[15]利用水熱法成功合成了具有上轉(zhuǎn)換功能的碳點(diǎn), 以單光子熒光物質(zhì)聚 4-乙烯基吡啶合成具有雙光子熒光特性的碳點(diǎn)并保持了較強(qiáng)的單光子熒光特征即可以同時(shí)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(yōu)點(diǎn)因此基于熒光碳點(diǎn)的雙光子或多光子成像材料必然會(huì)在生物成像方面有非常大的優(yōu)勢(shì)。

2.3 生物傳感 碳點(diǎn)由于它的獨(dú)特?zé)晒夂碗娮觽鬟f性能，以及制備簡(jiǎn)單、生物相容性好、靈敏度高、成本低廉,背景干擾小等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于檢測(cè)生物體內(nèi)各種生化物質(zhì)成分的變化過程[16]。例如，用涂硼熒光碳點(diǎn)進(jìn)行葡萄糖水平的檢測(cè)，不但能夠達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，并且具有靈敏度高，干擾小的優(yōu)點(diǎn)[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(diǎn)所合成的熒光碳點(diǎn)在310激發(fā)波長(zhǎng)下的螢光量子產(chǎn)率為5.3%，發(fā)射光譜隨著激發(fā)波長(zhǎng)紅移而紅移，透射電鏡表征顯示熒光碳點(diǎn)在水溶液中分布均勻，它的平均粒徑2.9nm，而fe(3)對(duì)這些熒光碳點(diǎn)表現(xiàn)出選擇性猝滅效果，這種現(xiàn)象可以用于fe(3)檢測(cè)。

3 蒙藥研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

黑冰片為蒙醫(yī)特色藥材，豬科動(dòng)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(yīng)用長(zhǎng)達(dá)數(shù)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(diǎn)透射電子顯微鏡顯示它的平均直徑是4nm，同時(shí)還擁有良好的在水中溶解度和較強(qiáng)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(guān)量子產(chǎn)量提高到 1.53和3.68倍。在光漂白試驗(yàn)中，黑冰片熒光碳點(diǎn)也顯示出了極好的穩(wěn)定性。相對(duì)于電化學(xué)、激光銷燭等方法此方法是制備納米顆粒的一個(gè)新型方法它不僅節(jié)省了大量的費(fèi)用及時(shí)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(fēng)險(xiǎn)還有能提高人體免疫功能等優(yōu)點(diǎn)。

4 生物毒性

熒光碳點(diǎn)生物毒性的研究目前相對(duì)較少。通常應(yīng)用于醫(yī)藥學(xué)研究的材料要求無毒和生物相容的。由于碳點(diǎn)在生物醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域具有應(yīng)用潛能，其毒性也是人們非常關(guān)心的一個(gè)問題。碳點(diǎn)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(guān)研究報(bào)道均顯示碳點(diǎn)在體內(nèi)和體外都有較低的生物毒性。Tao等人[21]通過體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)小鼠實(shí)驗(yàn)研究了碳點(diǎn)的生物毒性，其結(jié)果顯示體外實(shí)驗(yàn)即使碳點(diǎn)濃度達(dá)到0.5 mg/mL，293T細(xì)胞的生長(zhǎng)也沒有受到明顯的抑制作用；反而在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，給小鼠按20 mg/kg的劑量注射碳點(diǎn)，通過血液生物分析和組織學(xué)分析說明此劑量在3個(gè)月內(nèi)對(duì)于小鼠是安全的，證明了碳點(diǎn)具有良好的生物相容性。

5 總結(jié)

熒光碳點(diǎn)作為一個(gè)新型納米材料由于它經(jīng)鈍化修飾后，可賦予碳點(diǎn)一些特殊性能, 如與其他有機(jī)物、無機(jī)物、高聚物及生物分子發(fā)生相互作用的能力以及優(yōu)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(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用前景。當(dāng)然隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)達(dá)、更新，在于蒙藥研究中的應(yīng)用提高了藥物制劑水平，同時(shí)也為納米蒙藥的研制提供了一定的基礎(chǔ)，這將給蒙藥帶來革命性的發(fā)展。然而傳統(tǒng)的蒙藥納米化后其理化性質(zhì)，生物活性等方面有可能發(fā)生改變?cè)械乃幮Чδ芸赡茉鰪?qiáng)，也可能減弱，更有可能發(fā)生不良反應(yīng)。還有單純對(duì)鼠的實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果等并不能保證人類使用的安全性，更重要的是免疫系統(tǒng)作為人類的防御系統(tǒng)至關(guān)重要，因此熒光碳點(diǎn)對(duì)人類免疫系產(chǎn)生的任何影響都是值得深思的。