石墨烯量子点在癌症诊断中的下一步

《Materials Today Communications》杂志上的一篇论文作为预证明，综述了石墨烯量子点（GQDs）的不同合成方法及其光学性质和抗癌应用。

研究：石墨烯量子点：合成，光学性质和针对癌症的导航应用。图片来源：CI Photos/Shutterstock.com

石墨烯量子点的意义

GQD被称为零维碳基纳米材料，由于其化学惰性，高亲水性，无毒性和超小尺寸，在治疗诊断学应用中受到广泛关注。此外，GQD具有高发光稳定性、成像深度和信噪比，其光电特性可以针对边缘群功能化和杂原子掺杂进行调制。

GQD合成方法

自下而上和自上而下是用于合成GQD的两种主要方法。特定合成方法的选择取决于工艺产量、生产规模和产品性能。

自上而下的方法

自上而下的合成方法涉及将碳材料（如石墨）剥落成单层或多层石墨烯片，然后通过微波，电化学剪刀，溶剂热和氧化处理将两个维度的片材破碎，以获得具有预期颗粒性质的GQD。通过原位再芳构化过程恢复合成GQDs中的π共轭。

氧化处理

在氧化处理中，使用强氧化剂（如硫酸（H）实现碳材料中碳-碳（C-C）键的分解₂所以₄） 在积极的实验条件下。该方法利用了剥落过程中在石墨烯片基平面上形成的结构缺陷的多样性。

溶剂热处理

溶剂热处理主要涉及在高压和高温下溶剂辅助破碎碳材料。对于生物医学应用，水被用作绿色分散介质，该过程被称为水热处理。

在水热处理中，预氧化的石墨烯片在压力下暴露于过热的蒸汽中，通过最大限度地减少表面氧的缺陷来恢复碳晶格芳族结构。

电化学剪刀

在电化学剪刀中，GQD是通过在正常电化学设置中的高氧化还原电压下切割石墨电极而获得的。该方法中通常使用的电极包括通过填料法合成的碳糊电极和通过煅烧制成的石油焦基电极。

微波辐照处理

该方法由于其均匀的介电加热能力，是GQD合成的一个有吸引力的选择。使用带有大气回流装置的微波以超快的速度执行该方法，而不会对产品特性和产量产生不利影响。

自下而上的方法

热力学驱动的GQD制备过程被认为比缺陷介导的石墨烯片的碎片化更合适。自下而上的量子点制备方法可以解决自上而下策略的局限性，并有助于通过化学反应获得具有特定结构和形态的GQD。

该方法采用环保和低成本的小有机分子（如葡萄糖）进行GQD合成，通过逐步还原预合成的多环芳烃或缩合溶解的前体来执行。

碳化

碳化可以通过水热处理，微波暴露和减压热解进行。GQDs通过合成和天然分子的热解成功合成。

笼子开口

在这种方法中，富勒烯，其主要由70（C）组成的零维笼状结构。₇₀）， 60 （C₆₀），或更多的碳原子，被封装成熔融的五边形和六边形，以合成各种石墨烯材料。虽然材料在室温下保持稳定，但由于在700°C以上的温度下退火，它们会经历碎裂。

绿色合成方法

在绿色合成中，输入材料来自有机材料，如蔬菜废物，这使得该方法对环境的危害较小，并且具有成本效益。

按照自下而上的方法合成石墨烯片，然后使用自上而下的方法将合成的薄片碎片化为GQD。

GQD的光学性质

在GQD中，光跃迁可以覆盖太阳光谱的近红外（NIR）和紫外（UV）-可见光区域，并且由于n-π*和π-π*跃迁，它们的吸收光谱分别显示出弱峰和强峰。光致发光（PL）根据表面缺陷和基平面的去局部π电子密度而变化。

此外，GQDs的光学性质可以通过掺杂杂硫和氮等杂原子来改善。

通过结合卟啉衍生物的单线态制氧能力和GQDs的光学特性开发的先进的光热光动力平台，可以在靶向部分存在的情况下易位到细胞质靶标，从而改善治疗效果。

GQDs抗癌的应用

GQDs用于多种抗癌应用，从细胞中生物分子变化的鉴定到肿瘤发生和组织成像。检测处于侵袭前状态的异常分裂细胞可以潜在地提高癌症患者的存活率。通过将金属纳米颗粒与GQD相结合，可以开发多模态成像平台。

肿瘤肿块的靶向成像对于及时诊断病情是必要的。GQD与磁共振成像（MRI）结合使用可以提供靶肿瘤肿块的高空间分辨率。此外，使用GQD作为电化学发光（ECL）或化学发光（CL）试剂，可以以经济高效的方式快速检测癌症特异性生物标志物。此外，研究表明，GQDs在通过皮下，肌肉注射或静脉注射后迅速从宿主体内排泄。

总体而言，本研究回顾了不同的GQD合成方法，光学性质以及在癌症诊断中的应用。然而，需要更多的研究来进一步评估GQD合成方法的一致性和通量。

参考

Tiwari， S.， Bahadur， P.， Shukla， R. et al.（2022）石墨烯量子点：合成，光学性质和针对癌症的导航应用。今日材料通讯。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352492822002306?via%3Dihub