PDF《刘佳蕙研究进展》

第40 卷第

6 期 西南民族大学学报 ・自然科学版 Nov.

2014 Journal of Southwest University for Nationalities?Natural Science Edition 收稿日期:2014-10-09 作者简介:刘佳蕙(1985-), 女, 汉族, 黑龙江海林人, 讲师, 博士, 研究方向: 荧光碳纳米材料的制备和应用研究. Email: [email protected] 基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目(No. 21301015). doi: 10.3969/j.issn.1003-4271.2014.06.04 荧光碳量子点的合成与生物成像应用及生物安全性 研究进展 刘佳蕙, 黄旭泽, 董益阳 (北京市生物加工过程重点实验室, 北京化工大学生命科学与技术学院, 北京 100871) 摘要: 荧光探针在生命科学领域被广泛应用于生物成像领域. 随着纳米技术的迅速发展, 一些新类型的纳米荧光探针 应运而生. 荧光碳量子点(carbon dots)以其良好的生物相容性、优异的的抗光漂白能力、长荧光寿命和宽荧光光谱区域, 在生物成像方面有广泛的应用前景. 重点关注近年来碳量子点在合成、生物成像以及生物安全性方面的进展, 对开发成 更安全和更灵敏的碳量子点探针进行了探讨. 关键词: 碳量子点;

荧光探针;

生物成像 中图分类号: Q-33 文献标识码: A 文章编号: 1003-4271(2014)06-0818-08 荧光标记是生命科学研究过程中不可缺少的技术. 为了实现高效的荧光标记, 发展可靠的探针是尤为重要. 探针的物理化学性质很大程度上决定着检测或成像方法的成功与否. 最常用的传统荧光探针主要是有机染料[1] , 在生物成像中广泛应用. 有机染料探针的优点是成本低, 易于获得, 使用简便. 然而有机染料通常存在耐光性较 差、生物相容性欠佳等缺点. 近年来, 纳米技术的迅速发展带来了一系列新型荧光探针[2] . 其中研究最广泛的是 半导体纳米晶体形成的量子点(quantum dots), 它具有优越的荧光特性, 如光漂白的高耐性、组成/尺寸可控制吸 收和发射位Z、 宽吸收谱和窄发射谱等. 尽管如此, CdSe /ZnS 量子点因为含有剧毒的 Cd 元素, 其生物安全性引 发严重争议, 极大限制了其临床应用研究. 寻求更安全的量子点替代品成为了纳米荧光探针研究中的难点. 第IV 族纳米颗粒, 包括碳、硅、碳化硅等, 具有化学惰性和良好的生物相容性[11] , 在生物成像领域引起广 泛关注. 研究发现, 碳纳米粒子表面钝化后会产生强荧光, 被称为碳量子点(carbon dots). 碳量子点具有高抗光 漂白性、长荧光寿命、宽荧光光谱区域和生物相容性[12-15] . 碳量子点的荧光量子产率可以媲美有机染料和半导 体量子点. 碳量子点经过进一步的修饰、改性, 可用于生物成像. 本文重点概述了碳量子点合成、生物成像和安全性研究的最新成果, 并对今后的研究方向进行了探讨.

1 碳量子点的合成 碳量子点的尺寸一般小于

10 nm, 起始原料可以是不同来源的碳黑、 不定型碳和含碳有机化合物等. 碳量子 点的合成方法大致分为两大类: 由上而下(将碳黑等宏观尺寸的碳变小)和由下而上(由有机含碳化合物合成纳米 级碳点). 前者是通过酸氧化和表面钝化碳颗粒来实现. 经过这些处理, 碳黑表面性质以及颗粒的核心结构发生 改变. 后一种方法包括燃烧/加热法、电化学氧化法、激光照射法和微波法. 通过上述途径得到产品均为混合物, 因此需要通过进一步的分离来获得荧光性能更好的碳量子点. 1.1 由上而下制备碳量子点 由上到下合成碳量子点的方法中, 第一步一般是将碳黑或灰分等进行酸处理, 碳颗粒被分解成纳米级小颗