内容简介
本书以功能化碳点生物成像原理及应用为主线，基于对功能化碳点的基本理论、制备及生物成像原理的介绍，详细展示了笔者创新性研究的靶向高尔基体碳点荧光探针、钆掺杂碳点荧光/磁共振双模态成像探针、长寿命余辉碳点探针、多色长寿命余辉碳点探针，最后对全书内容进行了总结并对行业发展趋势进行了分析。
本书具有较强的针对性和参考价值，可供纳米碳材料领域的工程技术人员和科研人员参考，也可供高等学校材料科学与工程、生物工程及相关专业的师生参阅。
目录
第1章绪论001
1.1碳点及其分类002
1.2碳点的性质003
1.2.1光学性能003
1.2.2生物相容性006
1.3功能化碳点007
1.3.1功能化碳点概述007
1.3.2功能化碳点表征008
1.3.3功能化碳点功能014
参考文献017
第2章功能化碳点制备及生物成像原理025
2.1功能化碳点制备026
2.1.1自上而下法026
2.1.2自下而上法027
2.1.3基质限域法029
2.2功能化碳点生物成像原理035
2.2.1荧光成像035
2.2.2磁共振成像035
2.2.3磷光成像037
参考文献038
第3章靶向高尔基体碳点荧光探针045
3.1基于苯磺酰胺的橙光靶向高尔基体碳点046
3.1.1橙光靶向高尔基体碳点的结构047
3.1.2橙光靶向高尔基体碳点光学性能052
3.1.3橙光靶向高尔基体碳点的生物安全性能054
3.1.4橙光靶向高尔基体碳点的成像性能057
3.1.5橙光靶向高尔基体碳点的靶向机理分析061
3.2基于尼罗蓝的红光靶向高尔基体碳点067
3.2.1红光靶向高尔基体碳点的形貌与组成068
3.2.2红光靶向高尔基体碳点的光学性能071
3.2.3红光靶向高尔基体碳点的生物安全性能071
3.2.4红光靶向高尔基体碳点的靶向性能072
参考文献073
第4章钆掺杂碳点荧光/磁共振双模态成像探针077
4.1合成工艺优化079
4.2形貌与结构080
4.3光学性能084
4.4磁学性能085
4.5生物安全性086
4.6体外双模态成像090
4.7体内双模态成像092
参考文献093
第5章长寿命余辉碳点探针097
5.1长寿命硼、氮、磷共掺杂无基质固态磷光碳点099
5.1.1形貌及结构100
5.1.2光学性能108
5.1.3B,N,P-CDs磷光性能随温度变化原因分析114
5.2长寿命硼、氮、磷共掺杂碳点/二氧化硅室温磷光复合材料探针117
5.2.1形貌与结构118
5.2.2光学性能122
5.2.3长寿命液相磷光发光机理123
5.2.4生物安全性能124
5.2.5体外生物成像性能125
5.2.6体内生物成像性能126
参考文献127
第6章多色长寿命余辉碳点探针133
6.1多色长寿命余辉碳点的光谱调控134
6.1.1RTP135
6.1.2TADF-RTP138
6.1.3基于FRET的DF140
6.2基于热处理策略调控磷光碳点/二氧化硅的探针142
6.2.1形貌及结构143
6.2.2光学性能149
6.2.3退火热处理对CDs@SiO2磷光性能的影响155
6.2.4生物安全性能157
6.2.5生物成像性能159
6.3基于共振能量转移策略的多色余辉碳点/荧光染料/二氧化硅的探针161
6.3.1形貌及结构162
6.3.2光学性能163
6.3.3多色液相余辉CDs/荧光染料/SiO2的发光原因分析165
6.3.4生物安全性能167
6.3.5生物成像性能169
参考文献170
第7章结论与趋势分析177
7.1主要结论178
7.1.1靶向高尔基体碳点178
7.1.2磁性碳点179
7.1.3余辉碳点179
7.2主要创新点181
7.3趋势分析182
7.3.1制备方法趋势182
7.3.2应用趋势183
前言/序言
光学生物成像作为一种非侵入性的成像方式，具有高的灵敏度以及良好的选择性，能够实现生物细胞和组织的可视化，在生物成像和疾病监测等领域受到广泛关注。目前，用于光学生物成像的探针主要包括有机荧光染料、半导体量子点和碳点等。其中，碳点是一种制备简单、尺寸<10nm、表面富含多种官能团的碳纳米颗粒，具有良好的生物相容性、较低的毒性、稳定的光致发光能力和高的荧光量子产率等优异的性能，作为一种新型光学探针在生物成像领域具有潜在的应用前景。
对碳点进行功能化修饰，提升其在生物成像过程中的靶向能力以及组织穿透能力等，对于改善其生物成像性能具有重要的意义。例如，在碳点表面修饰具有亚细胞器高尔基体靶向功能的配体，赋予其特异性靶向作用，可使碳点在生物组织中主动靶向并标记高尔基体；在碳点中掺杂磁性组分得到的磁性碳点，如掺钆碳点，使其兼具碳点的荧光特性和金属的磁学性质，可作为荧光/磁共振分子探针用于双模态生物成像；开发长寿命的余辉碳点，利用长余辉成像不但能有效地消除生物自体荧光带来的干扰使得成像更加清晰，而且不需要实时激发，能够很好地减弱激发光源对细胞和生物组织的损伤。
近年来，笔者团队围绕功能化碳点的可控合成、发光性能调控以及生物应用等方向进行了比较系统的探索。本书从碳点的结构与性能的介绍出发，分别从靶向高尔基体碳点、钆掺杂碳点荧光/磁共振双模态、长寿命余辉碳点和多色长寿命余辉碳点4个方面重点介绍其合成和应用，旨在总结功能化碳点制备及生物成像原理。本书具有较强的技术性、针对性和参考价值，对进一步改进现有碳点的性能和开发新型碳点、提高其生物成像的精准度具有重要意义，可供纳米碳材料领域的工程技术人员和科研人员参考，也可供高等学校材料科学与工程、生物工程及相关专业的师生参阅。
本书所介绍的研究成果来源于国家自然科学基金（82172048，U21A20378，51972221，51803148，U1710117）、山西省科技合作交流专项重点国别科技合作项目（202304041101002）、山西省基础研究计划项目（202203021211159，202103021223439）、山西省纳米药物可控缓释技术创新中心（202104010911026）、山西浙大新材料与化工研究院科技研发项目（2021SXFR010）、山西省回国留学人员科研资助项目（2024058，2022039）、山西省“四个一批”科技兴医创新计划（2023XM012）和山西省肿瘤医院国家肿瘤区域医疗中心科教培育基金（TD2023003，BD2023004，QH2023013）等基金项目，特此致谢。同时，书中部分内容是对国内外该领域的相关研究的介绍，每个章节都给出了相应的参考文献，在此向原作者表示衷心的感谢。
本书由陈琳著。在撰写和出版本书过程中，得到了太原理工大学刘旭光教授和杨永珍教授，以及山西省肿瘤医院于世平主任医师的大力支持，在此表示衷心的感谢。书中的数据和资料涉及团队成员卫迎迎、张昕、赵少岅、钟雅美和张雨琪等的研究工作，在此一并表示感谢。
限于笔者水平及撰写时间，书中不足和疏漏之处在所难免，恳请读者批评指正。
著者
2024年9月
