《Journal of Luminescence》：Dual-Functional Carbon Dots: A Fluorescent Platform for Controlled Curcumin Delivery and Monitoring
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碳点合成及其在曲美替尼递送与荧光监测中的应用。通过绿色水热法制备的Try-CDs具有pH响应释放特性，荧光强度随曲美替尼浓度变化，并经DFT分析证实光诱导电荷转移机制。摘要分隔符：
Fatemeh Maleki | Nadia Hadidi | Mehdi Parandin
伊朗克尔曼沙赫医科大学药学院制药科学研究中心，克尔曼沙赫
摘要
通过一种绿色水热法合成了色氨酸衍生的碳点（Try-CDs），并将其作为一种双功能纳米平台，用于控制姜黄素的释放和荧光监测。利用TEM、DLS、ζ电位、FT-IR、UV–Vis和PL等技术对其结构和光学性质进行了表征，结果显示其在pH 4–9范围内以及高达1 M NaCl的浓度下仍具有稳定性。Try-CDs在438 nm处表现出强烈的蓝色发光（λex = 360 nm）。姜黄素的包封使ζ电位从?17.8 mV提高至?23.3 mV，增强了胶体稳定性，并实现了pH依赖性的释放，在酸性条件下释放速度加快。荧光强度随姜黄素浓度从0到250 μM线性下降（LOD = 0.245 μM），从而实现了实时监测。DFT和TD-DFT分析揭示了Try-CD–姜黄素复合物中的光诱导电荷转移（PCT）和稳定的非共价相互作用。这些发现表明Try-CDs是一种生物相容性的自报告纳米载体，在生物成像引导的药物输送和治疗诊断应用中具有巨大潜力。
引言
碳点（CDs）由于其高光稳定性、内在荧光性、生物相容性和低毒性以及简单的合成方法，在纳米医学领域受到了广泛关注[1]、[2]、[3]、[4]。最新研究表明，生物质衍生的CDs具有多种光学性质[5]，使其成为生物成像和诊断应用的理想候选材料[6]。除了成像之外，这些纳米材料在靶向药物输送、生物传感和催化方面也展现出巨大潜力[4]、[7]。大量的可修饰表面官能团进一步支持了它们在医学成像和准确检测癌细胞中的应用[9]、[10]。重要的是，CDs能够穿过血脑屏障，这扩展了它们在神经学领域的治疗和诊断应用[11]。
除了治疗应用外，CDs还因其高量子产率和抗光漂白性而成为有效的分析探针和传感器[3]、[12]。它们的荧光强度会与特定分析物相互作用而发生变化，从而能够选择性和灵敏地检测安全剂、有机胺、酚类、生物活性分子和无机盐[13]。例如，基于CD的免疫探针已被用于污染物监测，掺氮CDs则通过荧光响应机制应用于抗生素检测[14]。CDs还能有效检测多巴胺[15]、过氧化氢和葡萄糖[16]等小分子。
绿色一步水热合成已成为制备光致发光CDs的首选方法[17]。酸处理可以提高光致发光的量子产率并加速合成过程[18]、[19]。L-色氨酸和苯丙氨酸等前体由于其生物相容性、经济性和增强水溶性的官能团而具有优势[11]、[20]、[21]。引入类似氨基酸的边缘结构可以通过改善与细胞膜的相互作用来提高细胞摄取和肿瘤渗透能力[22]。最近，研究人员开发了可释放药物的核心-壳纳米结构，显著提高了光热-化疗联合治疗的效果[23]。
姜黄素是一种天然多酚化合物，具有强大的抗炎和抗氧化特性，因其对多种恶性肿瘤的有效性而被用作模型抗癌剂[24]、[25]、[26]、[27]。然而，其临床应用受到水溶性差、生物利用度低和代谢快速消除的限制[28]。基于纳米载体的药物输送系统解决了这些问题[29]、[30]、[31]。研究表明，CDs可以作为稳定的治疗载体[32]，并形成适合在肿瘤微环境中控制释放的pH敏感系统[33]。CD研究的最新进展促进了整合诊断和治疗功能的诊疗系统的开发[34]。表面修饰提高了水溶性、生物相容性和药物结合能力[35]。例如，利用果皮废弃物进行绿色水热合成可以大规模生产多功能CDs，从而提高姜黄素的负载量和生物利用度[36]。然而，无论采用何种合成方法，在生物应用之前，都需要像对CaCO3纳米粒子等其他纳米材料一样进行严格的生物相容性评估[37]。
尽管基于CD的系统前景广阔，但在药物释放的实时监测方面仍存在显著不足。先前的研究表明，CDs可以作为自报告载体，其中药物装载会抑制荧光，而释放过程会恢复荧光，如在多柔比星和甲氨蝶呤系统中观察到的那样[38]、[39]。虽然已经探索了姜黄素-碳纳米材料杂化体在生物传感中的应用[40]，但目前的姜黄素-CD纳米载体主要关注药物装载、pH响应性和细胞毒性[28]、[34]、[36]，并未提供通过荧光抑制和恢复机制实现的实时光学追踪。因此，亟需一种能够高效输送药物并实现内在、无创监测释放过程的姜黄素纳米载体。
本研究介绍了色氨酸衍生的碳点（Try-CDs）作为一种双功能纳米平台，用于控制姜黄素的释放和实时荧光监测。这种生物相容性且可持续合成的系统结合了药物输送和光学传感功能，通过荧光调制实现自报告。密度泛函理论（DFT）和时依赖DFT（TD-DFT）计算提供了从Try-CDs到姜黄素的光诱导电荷转移（PCT）的分子级见解，阐明了荧光抑制和电子相互作用的机制。
计算细节
计算细节
所有几何优化均在Gaussian 16软件的M06-2X/6-31G(d)理论水平上进行，水溶液采用SMD隐式溶剂化模型[41]、[42]。研究的结构包括：(i) 各种构型的色氨酸衍生物碳点（CDs，图1a），(ii) 酮醇型姜黄素（CurE，图1b），(iii) β-二酮型姜黄素（CurK，图1c），(iv) [CD.CurE]复合物，以及(v) [CD.CurK]复合物。随后的光学性质计算包括吸收等参数。
Try-CDs的特性表征
采用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对Try-CDs的形态和表面官能团进行了表征，确认了其成功合成和结构稳定性。TEM图像（图2a，补充信息，图S1）显示纳米颗粒分布均匀，近乎球形，直径约为5.04 nm。这一观察结果与碳点的典型形成机制一致，该机制涉及脱水聚合过程。
结论
本研究开发了一种基于色氨酸衍生碳点（Try-CDs）的双功能纳米平台，用于同时实现姜黄素的输送和基于荧光的监测。合成的Try-CDs表现出优异的光稳定性、生物相容性和强烈的蓝色荧光，并通过非共价相互作用与姜黄素形成稳定复合物。实验分析证实了其在生理条件下的pH响应性药物释放行为，在酸性条件下释放速度加快。
CRediT作者贡献声明
Nadia Hadidi：撰写——审稿与编辑、软件使用、实验研究、资金获取、数据分析、概念构思。
Fatemeh Maleki：撰写——审稿与编辑、结果验证、资源提供、方法设计、资金获取、数据分析。
Mehdi Parandin：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、结果可视化、验证、项目监督、软件使用、资源提供、方法设计、实验研究、资金获取、数据分析。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
