Journal of Materials Chemistry B:第IV主族纳米点:合成、表面修饰及在生物成像与治疗中的应用

纳米材料技术 生物成像技术
秦川    2021-01-29    420

  背景介绍

  第IV主族纳米点(NDs)元素主要包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)等,作为一种重要的纳米材料,由于合成成本低、稳定性强、生物相容性好及一些类酶新特性等,在光电子学、半导体、传感器和生物医学等相关领域被广泛研究。然而,很少有同时关注C、Si、Ge NDs的合成、表面修饰、生物成像及其在癌症治疗中的应用的综述。2010年,Fan等人总结了第四主族纳米点,包括碳、硅、碳化硅和锗的合成方法及应用,对后来的研究有很好的指导作用。然而,在过去的十年里纳米点发展迅速,在生物成像和治疗等方面取得了极大的进展,因此,对其进行总结和展望是十分必要的。

  研究主要内容介绍

  近期,湖南师范大学刘美玲、张友玉教授课题组报道了第IV主族纳米点——合成、表面修饰及在生物成像与治疗中的应用的综述。该文章以独特的视角从第IV主族纳米材料的合成与表面修饰,到生物医学应用领域的进展进行了详细综述,并对目前的挑战及未来发展前景进行了展望,相关成果以“Group IV nanodots: synthesis, surface engineering and application in bioimaging and biotherapy”为题发表在国际化学权威杂志Journal of Materials Chemistry B上(DOI: 10.1039/d0tb01881c)。徐雅鑫、李培培为共同第一作者,刘美玲教授、张友玉教授为通讯作者,作者信息Yaxin Xu, Peipei Li, Dan Cheng, Cuiyan Wu, Qiujun Lu, Weipeng Yang,Xiaohua Zhu, Peng Yin, Meiling Liu,* Haitao Li and Youyu Zhang *。

  该综述首先介绍了对碳、硅、锗纳米点的合成及表面修饰。合成部分重点介绍了“自上而下法”和“自下而上法”,表面修饰部分详细介绍了通过杂原子掺杂、官能团功能化、纳米杂化法来改善纳米点界面性能并解决其易聚集等问题。这些都可以为科研人员合成及修饰纳米点提供参考。随后分别对碳、硅、锗纳米点在体内外生物成像及治疗等方面进行了详细阐述。第四主族纳米点具有荧光强度高、抗光漂白性能好、发射波长可调、成像速度快及可多通道成像等特点,是理想的荧光成像探针。目前它们已成功应用于细胞成像和标记,在区分癌细胞和正常细胞方面具有独特的优势和巨大的潜力,并且可实现实时跟踪。除了已广泛应用于体内外生物成像,近期研究表明第IV主族纳米点可用于光热诊疗(PTT)、光动力诊疗(PDT)等,可显著抑制体内肿瘤生长。由于CDs和Si QDs可激发PTT/CDT/PDT效应或协同治疗,可与其他光敏剂/药物/聚合物联合使用,因此也可用于多功能协同治疗并增强抗癌效果。

  最后作者对碳、硅、锗纳米点的发展进行了总结并对未来发展给予展望。目前,对于CDs/掺杂CDs的合成、性质和应用已经发展到一个相对成熟的阶段,这也促进了其在生物医学和临床的进一步应用。然而,其他第IV族纳米点,如Si NDs、Ge NDs及其掺杂或功能化的纳米点目前还没有得到广泛的研究,而关于锡、铅纳米点的合成及其应用的报道仍较少。这可能是因为它们的合成相对困难。因此,探索有效的方法制备的硅、锗、锡和铅纳米点或它们的复合物,使其具有优良的发光性能,或者通过多种手段调节它们的发射光至红色或近红外荧光区域,或对它们进行功能化修饰,可进一步推进其在生物成像和生物治疗方面的应用。另外,如何在不损伤正常细胞的情况下将第IV主族纳米点制备成纳米药物制剂并将其精确靶向并杀死癌细胞,如何解决肿瘤组织的耐药和富集等问题仍然存在着严峻的挑战。因此怎样将实验室研究应用到临床诊断,仍是第IV主族纳米点未来发展的关键问题。当今在科学技术、大数据时代和计算机辅助设计的帮助下,以第IV主族纳米点为基础的纳米诊断和治疗将迎来新的发展机遇,并将极大地推动生物成像和治疗的发展。

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