荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展

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1、第１１卷第３期中国光学Ｖｏｌ．１１Ｎｏ．３２０１８年６月ＣｈｉｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓＪｕｎ．２０１８文章编号２０９５１５３１（２０１８）０３０４３１１３荧光碳量子点的制备与生物医学应用研究进展郭振振，唐玉国，孟凡渝，李力，杨大威（中国科学院苏州生物医学工程技术研究所生物医学检验技术重点实验室，江苏苏州２１５１６３）摘要：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

2、物传递等生物医学应用进行了概述。关键词：碳量子点；荧光；生物传感；生物成像；药物传递中图分类号：ＴＰ３９４．１；ＴＨ６９１．９文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＣＯ．２０１８１１０３．０４３１ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｂｉｏｍｅｄｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｃａｒｂｏｎｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓＧＵＯＺｈｅｎｚｈｅｎ，ＴＡＮＧＹｕｇｕｏ，ＭＥＮＧＦａｎｙｕ，ＬＩＬｉ，ＹＡＮＧＤａｗｅｉ（ＣＡＳＫｅｙＬａｂｏｆＢｉｏＭｅｄｉｃａｌＤｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ，ＳｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

3、ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５１６３，Ｃｈｉｎａ）Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｄｗ＠ｓｉｂｅｔ．ａｃ．ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓａｒｅａｃｌａｓｓｏｆｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｈｉｇｈｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｙａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｆｉｅｌｄｓａｎｄａｒｅｃｕｒｒｅｎｔｌｙｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｄｉｆｆｅｒｅｎ

4、ｔｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｃａｒｂｏｎｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃａｒｂｏｎｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｓｕｃｈａｓｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ，ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅｌｉｋｅａｃｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｔｏｘｉｃｉｔｙ，ａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｃａｒｂｏｎｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｉｎｂｉｏｍｅｄｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ，ｂｉｏｉｍａｇ

5、ｉｎｇ，ａｎｄｄｒｕｇｄｅｌｉｖｅｒｙｉｓａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ；ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ；ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ；ｂｉｏｉｍａｇｉｎｇ；ｄｒｕｇｄｅｌｉｖｅｒｙ收稿日期：２０１８０１２４；修订日期：２０１８０２１３基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．８１７７１９２９）ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．８１７７１９２９）４３２中国光学第１１卷１引言２碳量子点的合成［１２］近年来，碳基纳米材料，如碳纳米管、石墨目前，碳量子点的合成方法众多。研究人员［３５］

6、［６７］［８９］烯、富勒烯以及纳米金刚石备受人们仍在寻找简单、廉价、尺寸可控、易于大规模制备的关注。然而，纳米金刚石制备、分离方法难度高质量碳量子点的方法。根据碳源到最终产物变大；石墨烯和碳纳米管水溶性差，在可见光区域难化性质的不同，合成方法可分为物理方法和化学以提供较强的荧光，这些都大大限制了它们的应方法。根据原料和产物的关系，可概括为自上而用。碳基量子点是一类新型零维碳基纳米材料，下法和自下而上法。主要包括石墨烯量子点和碳量子点两类。截至目２．１自上而下法前，研究人员在碳量子点的合成及应用方面做了自上而下法制备碳量子点主要是指采用物理［１０］许多工作并取得了重要进展。或化学手段把大

7、块碳材料切割成小的纳米颗粒，石墨烯量子点拥有石墨烯晶格，通常具有如切割碳纳米管、石墨棒、石墨烯、碳粉等。主要［１１］１０层以内的石墨结构，是优秀的电子供体和包括电化学法、化学氧化法、激光销蚀法等方法。［１２］受体，被广泛应用于光电检测和太阳能电池。２．１．１电化学法［２４２７］石墨烯量子点作为一种优异的导电材料在电化学电化学法的优点是成本低、易操作。碳［２８３２］生物传感器制造方面也有重要应用；层数较少的纳米管和石墨