微纳传感与人工智能感知山西省重点实验室在《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》期刊上发表题为“双氰胺氮掺杂的超碳纳米点光热性能效果的研究”(Study on the photothermal performance of supra-(carbon nanodots) developed with dicyandiamide N-doped）的论文。近年来，癌症仍是造成人类死亡最主要的原因之一，但常规的癌症治疗技术存在着局限性和副作用。因此避免对正常组织损伤而达到理想疗效水平的微创治疗策略引起了科研工作者的广泛关注。光热治疗（photothermal therapy, PTT）是将光热催化剂注射到患者身体，在恶性肿瘤周围富集后，使用近红外（near-infrared, NIR）光照射患处病灶处，促使光热催化剂处于激发状态，将吸收到的光能转化为热能，升高恶性肿瘤部位的温度到比生理温度（37 ℃）略高的40-45 ℃，产生不可逆的细胞损伤并随后破坏恶性肿瘤的一种方法。该方法具有低副作用、高特异性和最小侵袭性等优势。PTT治疗的核心在于具有高质量光热转换的光敏剂。目前，光热催化剂范畴涵盖了贵金属基纳米材料、金属与非金属化合物及其有机染料。但均存在局限性限制了它们在生物领域的实际应用。因此，需开发一种具有高光热转换效率、显著的生物相容性、优良的光稳定性、低廉的成本和环境友好型的光热催化剂。
图 1. 超碳纳米点的合成过程及作用机理示意图
在本研究工作中，研究人员利用柠檬酸（CA）和双氰胺（DCD）作为前驱体，通过水热法合成高水分散性、尺寸均匀的氮掺杂蓝色碳纳米点（CNDs），通过蓝色CNDs自组装，静置得到超碳纳米点（supra-CNDs）。通过对 CA 和 DCD的质量比、合成温度和合成时间的调控、优化，提出了一种简易快速安全合成 supra-CNDs 的方法。supra-CNDs 在 730 nm 和 808 nm 的激光照射下光热转换效率分别可以达到 55.49%和 46.02%。利用三次激光“开/关”循环照射证明了 supra-CNDs 具有良好的光热稳定性和可重复利用性，有望作为一种出色、持久的光热转换材料。
此外，还研究了 supra-CNDs 在生物成像和光热治疗中的应用。通过使用异硫氰酸荧光素（FITC）缀合 supra-CNDs 可视化观察了细胞摄取情况，结果表明 supra-CNDs 可以顺利通过细胞膜进入到细胞质中。通过MTT 法证明了 supra-CNDs 具有显著的生物相容性和激光可忽略的细胞损伤。另外，在 730/808nm 激光照射下，supra-CNDs 培养的人肝癌细胞（SMMC7721） 细胞存活率仅有 4.24%和 7.25%，证明supra-CNDs是一种优良的光热转换材料，在光热治疗癌细胞中具有显著的杀伤能力。这一研究成果为微创治疗癌症提供了一种新的思路。
课题组段倩倩副教授为本文第一作者，薛娟娟为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、山西省医学重点科技项目以及细胞生理学重点实验室（山西医科大学）开放基金的大力支持。
