生物医学成像中几种荧光纳米材料的运用研究(4)

　　碳基量子点（ Carbon Quantum Dots,CQDs） ,又称碳点或者碳纳米点，是近年来出现的一类新型荧光纳米材料[51].在光学性能方面，碳基量子点具有同传统半导体量子点相比拟的优点，如激发光谱宽且连续、荧光稳定性高、荧光波长可调等[52].此外，由于碳基量子点的主要元素组成为 C,H,O,N 等，与重金属基半导体量子点相比，具有良好的生物相容性，引起了研究者的广泛关注[53,54].碳基量子点的制备方法已有很多报道，主要包括“自上而下（ Top-Down） ”法和“自下而上（ Bottom-Up） ”法两类[53].自上而下的工艺是从大尺寸的碳靶剥离或粉碎而获得小尺寸的碳量子点，包括电弧放电法、激光销蚀法和电化学剥离等方法[55,56]; 自下而上的工艺是指用小分子作前驱体通过聚合碳化等化学反应形成纳米尺寸的碳量子点，主要有燃烧法、热解法、微波法等方法[57,58].图 6 展示了我们课题组利用牛奶作为碳源，在微波加热条件下制备碳基量子点的示意图，所制得的碳基量子点平均粒径为 3 nm,能够作为荧光探针对 HeLa细胞进行标记[58].
　　 　　稳定的荧光特性、低生物毒性，使碳基量子点成为理想的生物荧光成像探针材料。Zhou 等[59]
　　
　　用多环芳香碳氢化合物作为前驱体，采用自下而上的方法合成了碳基量子点，所制备的碳基量子点能够进入 MCF-7 细胞的细胞质，与传统的细胞荧光成像染料（ Alexa Fluor 488） 及荧光素相比，碳基量子点在激光持续照射下，荧光强度基本稳定，能够适应长期荧光追踪和成像的需求。通过在碳量子点表面连接胰岛分子，Zheng 等[60]
　　
　　利用全内反射荧光成像技术，实时观察到了碳量子点在细胞膜表面的动态过程。Nurunnabi 等[61]将碳量子点通过尾静脉注射到长有肿瘤的小鼠体内，一定时间后，通过活体荧光成像技术在肿瘤组织部位观察到了碳量子点的荧光信号。Ge 等[62]利用聚噻吩衍生物作为碳源，制备了具有近红外荧光发射的碳量子点，该类型碳量子点在光照条件下，能够通过多重敏化产生活性氧，用于杀死肿瘤细胞，从而实现肿瘤的光动力治疗。理想的生物荧光成像探针需要满足以下基本要求：生物媒介中具有很好的分散性，与目标单位特异性结合的能力，较高的近红外吸收和光致发光效率，良好的化学稳定性和光稳定性等基本要求[63].因此设计并制备具有近红外荧光特性的碳基量子点是荧光纳米探针开发方面的一个重要方向。另外，通过纳米技术和纳米化学的方法，制备同时具有荧光成像和疾病治疗等多功能的荧光碳纳米材料，研究荧光碳纳米材料在疾病治疗方面的独特优势，有望为临床肿瘤治疗提供新的解决方案。
　　
　　5 稀土掺杂上转换发光纳米材料。
　　
　　上转换发光纳米材料是掺杂有稀土元素的纳米晶体，可以吸收两个或两个以上的红外光子，发射一个可见光子或近红外光子[64].与传统的有机荧光染料、量子点等发光材料相比，上转换纳米发光材料用于生物光子学研究有着众多不可替代的优势。比如，较低的细胞毒性和较高的生物兼容性； 几乎为零的背景噪声； 区别于普通荧光染料的长荧光寿命； 无光漂白性等[65,66].美国纽约州立大学布法罗分校 Prasad 教授研究课题组[67]通过尾静脉注射上转换荧光纳米材料到小鼠体内，利用活体荧光成像手段检测到了上转换荧光纳米材料在小鼠肝脏和脾脏内的分布，获得了具有非常高对比度的深层光学成像结果。复旦大学李富友教授课题组[68,72].在上转换发光纳米材料的表面修饰、活体分布研究及生物毒性分析等方面做了大量的原创性工作。苏州大学刘庄教授课题组[73,74]设计了基于上转换发光纳米材料的多功能纳米结构，可以利用一种纳米材料同时实现荧光成像、磁共振成像及光热治疗。新加坡国立大学 Zhang Y 课题组[75- 76]对上转换发光纳米颗粒进型多孔二氧化硅包覆的同时将光动力药物包覆在多孔结构中，在二氧化硅层表面修饰叶酸分子提高纳米颗粒的在肿瘤组织部位的聚集效率，随后用近红外激光照射肿瘤部位，由于上转化发光纳米颗粒可以将近红外激发光转化为可见光并将能量转移给光动力药物，光动力药物吸收能量后能够产生活性氧从而杀死肿瘤细胞。这种基于上转换发光纳米颗粒的近红外激发光动力治疗技术为深层光学生物治疗提供了可能。