碳量子点作为生物相容性发光材料在再生医学方面的应用

杨磊¹，杨志²，连锋¹

1. 上海交通大学医学院附属仁济医院心外科2. 上海交通大学电子信息与电气工程学院薄膜与微细技术教育部重点实验室

摘 要：碳纳米材料（CNMs）因在电子、光学、热和机械特性、多用途功能化化学上的作用而受到科学界的关注。由于碳纳米材料的固有疏水性,它们比金属基纳米材料更具有生物相容性和安全性。碳纳米材料（CNMs）可以通过疏水相互作用或π-π堆积来搭载相应的药物,用作高效的药物传递平台。近年来石墨烯、富勒烯、碳纳米管,碳量子点成为治疗癌症以及细胞内标记最广泛使用的碳纳米材料,并且可以通过共价或非共价修饰使这些碳纳米材料具有生物相容性。共价修饰是在其表面引入羟基、羧基或氨基,这些自由基与保护生物聚合物聚乙二醇（PEG）进一步结合,而非共价修饰是在CNMs上负载亲氨性分子。这些碳基纳米材料经过大量的研究证明不仅是各种生物大分子的良好负载载体,而且是很好的光敏剂。此外,许多理想的功能化基团可以被整合到CNMs上,用于肿瘤的主动靶向和归巢。由于CNMs固有的光学特性,许多研究者也对其在肿瘤细胞和干细胞成像的应用上进行了研究,并证明它们是未来生物成像中可靠的材料。在众多的碳基纳米材料中,碳量子点由于特殊的零维结构以及优异的性能不仅在材料领域引起人们的重视,在生物应用方面也备受关注。过去十年来,将基因、生长因子等生物大分子输送到干细胞方法的发展引发了人们对通过纳米药物疗法改善人类疾病治疗的可能性的探索。然而,尽管取得了很大的进展,但在这种基于纳米药物疗法能够在临床环境中安全有效地应用之前,还需要解决很多关键性的技术问题。如干细胞在移植到缺血区域后,由于其微环境的改变,导致干细胞的存活、迁移等状态发生改变。本文综述了这些纳米药物治疗的进展,重点介绍了先进的碳量子点纳米粒子技术,以监控治疗性移植后干细胞在体内和体外的位置,对活细胞体内大分子的示踪以及操控发挥其功能。

关键词：碳量子点;干细胞;纳米粒子;示踪;