从药食同源植物细叶刺芹中制备的红色发光碳量子点用于死细胞鉴别研究

《Journal of Fluorescence》：Dead Cell Discrimination with Red Emissive Carbon Quantum Dots from the Medicinal and Edible Herb Echinophora tenuifolia

在体外细胞研究中，准确判断细胞活力至关重要。研究人员开展从药食同源植物细叶刺芹（Echinophora tenuifolia）制备红色发光碳量子点（CQDs）用于死细胞鉴别的研究。结果显示，CQDs 生物相容性和光稳定性良好，对 HepG2 细胞有毒性，可选择性标记死细胞，有望用于生物成像。

　　在生命科学的微观世界里，细胞就像一个个神秘的小宇宙，它们的活力状态关乎着无数的生命进程。在体外细胞研究中，精准测定细胞的活力就如同打开微观世界大门的钥匙，对深入了解细胞的奥秘、攻克疾病难题有着举足轻重的意义。目前，传统的细胞活力检测方法存在诸多弊端，比如常用的基于昂贵的细胞计量术特异性标记物的方法成本高昂，而像碘化丙啶（PI）这类传统活力染料，又受限于较差的光稳定性，在实际应用中大打折扣。这些问题就像一道道关卡，阻碍着细胞研究的前行脚步。于是，寻找一种高效、稳定且低成本的细胞活力检测方法迫在眉睫，这也成为众多科研人员竞相探索的重要课题。

在这样的背景下，来自塞尔丘克大学（Sel?uk University）、阿克萨赖大学（Aksaray University）、阿提利姆大学（Atilim University）等研究机构的研究人员，踏上了探索之旅。他们将目光聚焦于药食同源植物细叶刺芹（Echinophora tenuifolia），试图从中制备出能够用于死细胞鉴别的红色发光碳量子点（CQDs） ，并探究其在生物成像领域的潜在应用。这项研究成果发表在《Journal of Fluorescence》上，为细胞研究领域带来了新的曙光。

研究人员开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。首先是微波合成技术，通过微波辐射从细叶刺芹的地上部分制备 CQDs，该技术高效且符合绿色化学理念。其次，采用 MTT 法来测定 CQDs 对细胞的毒性作用和细胞活力，这种方法能够直观地反映细胞在不同处理条件下的存活情况。此外，利用荧光显微镜观察 CQDs 对细胞的影响以及其染色能力，包括对活细胞和死细胞的染色效果，从而判断其在细胞成像方面的性能。

下面来看看具体的研究结果：

• CQDs 的合成及特性：研究确定了从细叶刺芹合成 CQDs 的最佳条件，即溶剂为乙醇，植物粉末与溶剂比例为 50mg/20mL，能量水平 800W，辐照时间 1min。合成的 CQDs 荧光量子产率为 0.027，其吸收光谱显示出对应于芳香sp2域的π?π?跃迁和表面官能团的n?π?跃迁的吸收峰。荧光发射光谱表明，CQDs 在 454nm 处有弱蓝色发射峰，在 675nm 处有强红色发射峰，且红色发射峰不随激发波长变化。通过多种分析手段，如 HR - TEM、FT - IR、XPS 和 XRD 等，对 CQDs 的结构和化学组成进行了深入研究，发现其为球形，直径约 20nm，具有石墨化核心和多种表面官能团，表面带负电荷，晶体结构存在一定的不规则性 。
• CQDs 的抗氧化能力：通过 DPPH、ABTS、CUPRAC、FRAP、PBD 和 MCA 等多种抗氧化实验，研究人员发现 CQDs 的抗氧化能力与细叶刺芹提取物相似。这表明在 CQD 合成过程中，提取物的抗氧化特性得以保留，意味着 CQDs 在设计促进健康的应用，如药物递送方面可能具有潜在价值。
• CQDs 的细胞毒性及成像能力：MTT 实验结果显示，CQDs 对 L929 细胞毒性较低，在浓度低于 25μg/mL 时，细胞活力与对照组相比无显著差异；而对 HepG2 细胞则表现出明显的毒性，且呈浓度和时间依赖性。在细胞成像研究中，确定了 25μg/mL 为最佳成像浓度，低于该浓度细胞无荧光。染色实验表明，CQDs 可选择性地标记死细胞，在 Texas Red 滤光片下呈现红色荧光，且其荧光强度和稳定性良好，优于传统有机荧光染料，适用于长期可靠的生物成像。

研究结论和讨论部分指出，从细叶刺芹中制备的 CQDs 具有低细胞毒性和较高的荧光强度，能够选择性地标记死细胞，这一特性使其在生物成像领域，尤其是长期和选择性细胞成像方面，成为极具潜力的备选材料。不过，目前仍有一些问题有待进一步研究，比如植物源 CQDs 进入非活细胞的摄取机制，以及其在生物系统中的降解途径、半衰期和清除机制等。深入探究这些问题，将有助于更全面地评估 CQDs 的生物相容性和长期行为，为其在生物医学领域的广泛应用奠定坚实基础。总的来说，这项研究为细胞活力检测和生物成像技术开辟了新的方向，有望推动生命科学和健康医学领域的进一步发展。