基于石墨烯量子点开发的肿瘤靶向诊断剂

发明一种利用电子束照明开发石墨烯量子点的快速，简单和有效的技术是最近发表在Nanotheranostics杂志上的研究的主题。

研究：通过电子束照射制备的石墨烯量子点用于肿瘤的安全荧光成像。图片来源：Tayfun Ruzgar/Shutterstock.com

由于其在生物成像，扫描和药物输送等医疗应用中的独特功能，石墨烯量子点（GQD）在过去十年中引起了很多兴趣。然而，红光发光GQD的规模制备仍然是一个重大挑战。

用于医疗应用的石墨烯量子点

癌症是一种危险的疾病，对人类健康和福祉构成重大威胁。早期发现癌症对于降低癌症死亡率，提高存活率和延长患者寿命至关重要。

作为一种准零维纳米复合材料，量子点突破了尺寸势垒，与标准诊断技术相比，表现出高产的发光光子，强大的光学特性和光吸收保护。

石墨烯量子点（GQD）是一种独特的荧光纳米材料，由于其优异的性能，如高照度，耐用性，氧化屏障特性和易于化学处理，因此在细胞成像，生物电子学和药物输送装置中具有广泛的应用。

 用于肿瘤荧光成像的石墨烯量子点辐照合成示意图。 ©曹，H.等人（2022）。

现有GQD生产方法的局限性

水性切割技术、氧化切割碳纤维法和电解剥离法是最常见的GQD制备技术。

水性切削技术可与氧化切削碳纤维工艺相媲美，尽管它是制造GQD的传统方法，但它非常耗时，并且需要在整个制造阶段使用一系列强酸。电解剥离技术预处理时间长，产品后处理缓慢，制造效率差。

因此，开发一个简单，快速，大规模和经济的GQD制备过程仍然是研究人员的主要问题。

用于制造GQD的辐射技术

辐射制造过程的好处，例如其快速，高效和纯粹的工业可能性，引起了很多兴趣。由于电子是一种非常强大的还原剂，因此在整个催化过程中不需要额外的分子还原剂。此外，通过调整辐射剂量，GQD的形状和大小可以改变，从而为制造小规模GQD提供了一种方法。

因此，照射合成技术在这项工作中得到了有效的应用，以产生尺寸为2.75 nm的红色荧光GQD。使用聚乙二醇（PEG）完成了GQD的进一步功能化，从而产生了优异的稳定性和细胞相容性。

（a） 2 克/升 GQD 和 PGQD 溶液。（b）透射电镜图像。（c）规模分布。（d） PGQD的HR-TEM图像。©曹，H.等人（2022）。

红细胞检查和肿瘤荧光成像

对于红细胞测试，从小鼠中抽取新鲜血液并以4000rpm旋转5分钟。然后血液再次旋转5分钟。

从体内消除血浆，并在10升PBS中离心分离的红细胞三次以除去任何剩余的碎片。在此之后，研究了纳米材料对红细胞（RBC）的影响。

光学显微镜和扫描电镜照片表明，与对照组相比，用100 g/mL GQD/PGQD处理4小时后，红细胞的结构没有变化，表明GQD和PGQD对红细胞的细胞毒性不显著。

在610 nm处，PGQD可能会产生明亮的红色发光。口服4T1肿瘤的小鼠PGQD分散溶液，并使用小型哺乳动物荧光成像技术进行扫描。

给药后5 min在肿瘤中发现重红荧光信号，表明PGQD优先且快速地集中在肿瘤区域。肿瘤中的荧光信号随时间而减少，表明微小的PGQD可以随着时间的推移而被移除。

这些发现表明，由电子束照射产生的PGQD可用作肿瘤靶向诊断试剂。

GQD （a）和PGQD （b）的生物分布 辛伐他汀对小鼠GQD（c）和PGQD（d）在注射后1，6，16和24小时的生物分布的影响¹³¹I 标记材料。 ©曹，H.等人（2022）。

研究结论

利用电子束照射，有效地合成了尺寸一致且发光性能良好的石墨烯量子点。

GQDs进一步合成并用PEG表征，表现出高稳定性和细胞相容性。

PEGylated GQD被证明在肌内输注后优先集中在肿瘤中，这表明它可以用作敏感的肿瘤光学传感剂。本文描述了一种用于生物用途的红发光GQD的新技术。

参考

Cao, H. et al. (2022). Graphene Quantum Dots Prepared by Electron Beam Irradiation for Safe Fluorescence Imaging of Tumor. Nanotheranostics, 6(2), 205-214. Available at: https://www.ntno.org/v06p0205.htm