电气工程与电子技术学报

多功能碳点：合成、表征和应用

罗杰·M·勒布朗

碳点 (CD) 因其独特的性质，最近在材料科学和生物医学工程研究中引起了极大的关注。它们已被广泛应用于印刷、光催化、生物成像、传感、药物输送和纳米医学。在本次演讲中，我将首先介绍各​​种 CD 的制备方法。特别是，通过自上而下和自下而上的方法，对 3 种不同的 CD 物种进行了广泛的结构表征，以建立全面的结构模型。

然后，我将主要介绍我们实验室开发的CD的各种应用，由于血脑屏障（BBB）上存在葡萄糖转运蛋白，基于葡萄糖的CD可以穿过BBB；与抗癌治疗药物和靶向分子结合的氮化碳点能够在体内和体外有效治疗弥漫性大B细胞淋巴瘤；二甲双胍衍生的CD表现出独特的细胞核靶向性；CD不断显示出抑制淀粉样蛋白前体蛋白（APP）、β-淀粉样蛋白（Aβ）和Aβ原纤维形成的能力。CD是治疗阿尔茨海默病的有前途的纳米医学和药物纳米载体；对不同水污染模型的光催化降解表明，与大多数已知的CD物种相比，凝胶状的光催化活性显着增强，并且与石墨相氮化碳（g-C3N4）相当。此外，通过将g-C3N4嵌入G-CD中，降解速率常数进一步提高了1.4倍；一项初步研究表明，可以通过直接结合不同的碳点来组装一种多功能纳米载体，以实现多种功能。碳点 (CD) 因其神奇的特性和应用而成为纳米技术中最有价值的资源。碳点通常是碳纳米粒子，其中大多数的平均尺寸在 10 纳米以下。这些材料来自有机化合物，在水介质中稳定，从生物角度来看，水介质非常大。表面改性对碳点在危险检测、药物检测、卫生、生物成像、药物输送、能量转换和光催化等广泛应用中起着至关重要的作用。通过调整碳点的形状和大小以及掺杂氧、氮、磷、硫和硼等杂原子，碳点的光物理和化学性质会发生巨大变化。此外，CD 的光稳定性、高量子产率、生物相容性、低毒性、水溶性、高导电性和生物相容性比其他广为人知的量子点 (QD)（如石墨烯量子点 (GQD)、金属氧化物 (ZnO、TiO2) 和无机 QD (ZnO-PbS、CdSe、CuInS/ZnS 和 CuInS/ZnS））更具优势。事实上，由于非碳 QD 的天然健康和环境问题，它们的应用领域与 CD 相比并不那么容易。光盘可以由天然和合成的天然前体制成。在此问题中经常使用的合成技术是微波照射、水疗法、超声波、激光去除、电化学、分子释放和热解。这篇简短的评论特别关注 CD 的合成技术及其在纯技术和应用科学中的广泛应用。