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为解决手性碳点（CDs）成像研究不足、合成复杂等问题，研究人员开展手性 CDs 用于细胞成像的研究。通过一步法合成红发射手性 CDs，发现其生物相容性良好且毒性低，LCDs 成像效果更佳。这为生物应用提供了新型材料，推动相关领域发展。
在生命科学研究中，细胞成像技术是探索细胞奥秘的关键 “钥匙”，它能帮助科学家们观察细胞内部结构、追踪生物分子活动。传统的荧光染色剂和半导体量子点在细胞成像时存在不少问题，比如成本高、合成复杂，还有潜在的生物毒性。手性碳点（Chiral carbon dots，CDs）作为新兴的荧光碳基纳米材料，有着独特的光学和生化特性，在生物领域极具应用潜力。但目前对于手性 CDs 在细胞成像方面的研究还很有限，多数用于成像的手性 CDs 合成方法复杂，且发射蓝光易受组织自发荧光干扰，穿透组织能力也有限，无法满足生物成像的需求。因此，开发简单合成且长波长发射的手性 CDs 用于细胞成像迫在眉睫。
来自伊朗 Tarbiat Modares 大学和 Shahid Beheshti 大学的研究人员针对这些问题展开研究。他们通过简单的一步溶剂热法合成了具有红色发射的手性 CDs，对其性质进行了全面表征，并研究了它们对 MCF-7 细胞的毒性和细胞成像效果。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为生物成像和生物医学领域提供了新的材料和思路。
研究人员在此次研究中主要使用了以下几种关键技术方法：
- 多种光谱分析技术：利用圆二色谱（Circular dichroism）研究手性分子与偏振光的相互作用，确定手性 CDs 的结构特征；通过荧光光谱和紫外 - 可见光谱（UV-visible spectra）分析手性 CDs 的光致发光性质和吸收特性。
- 显微镜成像技术：运用透射电镜（Transmission electron microscopy，TEM）观察手性 CDs 的大小和形态；借助原子力显微镜（Atomic force microscopy，AFM）测量其高度；使用倒置荧光显微镜（Fluorescence microscope，FM）和共聚焦激光扫描显微镜（Confocal laser scanning microscope，CLSM）进行细胞成像。
- 细胞活性检测技术：采用 MTT 法评估手性 CDs 对 MCF-7 细胞的毒性。
下面来看具体的研究结果：
- 手性 CDs 的表征：研究人员以酪氨酸（Tyr）的对映体和邻苯二胺（OPD）为原料，在水和硫酸的混合溶液中，通过溶剂热法成功合成了红色荧光的手性 CDs（LCD 和 DCD）。通过多种分析方法发现，LCD 和 DCD 具有相似的性质，如光学吸收、荧光发射、功能基团、大小和 zeta 电位，仅在手性方面存在差异。它们的光致发光略微依赖激发波长，量子产率（QY）为 18% 。FT-IR 光谱显示两者功能基团相似但比例不同，XRD 图谱表明它们具有相似的晶体结构，TEM 和 AFM 图像显示粒子呈半球形，平均粒径分别为 4.2±1.24nm（LCDs）和 3.6±1.03nm（DCDs）。此外，手性 CDs 在不同条件下表现出良好的稳定性，包括时间、光照、温度和 pH 变化。
- 手性 CDs 对 MCF-7 细胞活力的影响：MTT 实验结果显示，低浓度下（24h 孵育后），LCDs 和 DCDs 与 MCF-7 细胞共培养，细胞活力均高于 90%，表明它们具有良好的生物相容性。但随着纳米颗粒浓度增加，细胞活力会有所下降，呈现浓度依赖性毒性。且 DCDs 从 20μg?mL-1就表现出明显毒性，而 LCDs 在 150μg?mL-1才出现类似情况，说明 LCDs 的生物相容性更好。
- 手性 CDs 在细胞成像中的应用：对固定和活的 MCF-7 癌细胞进行成像实验，结果表明，LCDs 和 DCDs 都能进入细胞，但 LCDs 成像效果更佳。在固定细胞成像中，LCDs 能使细胞质和核仁区域呈现更明亮的红色发射，而 DCDs 成像时核仁难以检测到。在活细胞成像中，观察到 MCF-7 细胞的核糖体数量较多，推测手性 CDs 尤其是 LCDs 能与含有 RNA 的核糖体 / 核糖核蛋白结合。
在研究结论和讨论部分，此次研究成功通过简单的一步溶剂热法合成了红色发射的手性 CDs。研究发现，LCDs 和 DCDs 总体毒性较低，但 LCDs 毒性更小。作为染色剂，LCDs 能有效穿透细胞并主要定位于细胞质和核仁，而 DCDs 亮度较低且无法区分核仁。该研究首次详细展示了手性 CDs 的手性对细胞毒性和细胞成像的影响，为未来通过精准选择小分子前体，制备功能多样的手性 CDs 提供了可能，为生物科学和生物技术研究搭建了一个有力的手性材料平台，有助于科学家更深入地理解手性 CDs 在生物体内的行为，为其在生物医学领域的应用奠定了重要基础，如疾病诊断、药物输送等，有望推动相关领域的进一步发展。
