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为解决蓝 / 绿发光碳点（CDs）存在的问题，以及实现 Fe3+和焦磷酸根离子（PPi）高灵敏检测等需求，研究人员开展红发射镍掺杂碳点（Ni-CDs）的研究。结果显示 Ni-CDs 能同步检测 Fe3+和 PPi，还能用于协同光热 / 光动力抗癌。该研究为生物医学带来新契机。
在生物医学的奇妙世界里，碳点（CDs）作为一类神奇的零维碳纳米材料，自 2004 年被偶然发现后，便在生物传感、生物成像和治疗诊断等领域掀起了研究热潮。它就像一个拥有众多神奇技能的 “小魔法师”，凭借可调节的荧光、卓越的生物相容性和灵活的表面功能化能力，吸引了无数科研人员的目光。
然而，目前研究中占主导地位的蓝 / 绿发光碳点却存在一些 “小烦恼”。它们发射波长较短（<550nm），就像视力不太好的 “小矮人”，在穿透组织时只能到达很浅的地方（<2mm），而且容易受到组织自身荧光的干扰，就像在嘈杂的环境中很难听清别人说话一样。同时，长时间暴露在紫外光下还会产生光毒性，这对于需要在细胞和活体中应用的碳点来说，无疑是个不小的挑战。
而铁离子（Fe3+）和焦磷酸根离子（PPi）在各种生物过程中扮演着至关重要的角色，它们就像生物体内的 “小管家”，参与了众多生理功能的调控。但一旦这些 “小管家” 的浓度出现偏差，就会引发各种疾病，甚至和癌症也有着千丝万缕的联系。因此，开发能够高灵敏、高选择性检测 Fe3+和 PPi 的传感器就显得尤为重要。
为了解决这些难题，来自未知研究机构的研究人员踏上了探索之旅，他们开展了关于红发射镍掺杂碳点（Ni-CDs）的研究。最终，他们成功地通过简单的一锅水热法合成了 Ni-CDs，这一成果意义非凡。这种 Ni-CDs 不仅能够同时检测 Fe3+和 PPi，还具备出色的生物相容性，更令人惊喜的是，它可以用于协同光热 / 光动力抗癌，为癌症治疗带来了新的希望。该研究成果发表在《Analytica Chimica Acta》上，引起了广泛关注。
研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。在合成方面，采用一锅水热法，以柠檬酸（CA）、对苯二胺（p-PDA）为原料，六水合氯化镍为掺杂源，成功制备出 Ni-CDs。在检测分析上，利用静态猝灭机制，设计 “on-off-on” 荧光传感器检测 Fe3+和 PPi 。同时通过一系列细胞实验评估 Ni-CDs 的生物相容性和抗癌效果。
下面来看看具体的研究结果。
Ni-CDs 的合成与表征：研究人员精心选择了 CA 和 p-PDA 作为原料，通过一锅水热法成功合成了 Ni-CDs。这种方法操作简单、成本低，还适合大规模生产。所制备的 Ni-CDs 具有高荧光量子产率（24%），尺寸分布均匀（5.13 ± 0.04nm） ，并且展现出顺磁响应和红色荧光（λex/λem = 475nm/630nm），为后续的应用奠定了良好基础。
Fe3+和 PPi 的检测：Ni-CDs 作为 “on-off-on” 荧光传感器，对 Fe3+和 PPi 的检测表现十分出色。它对 Fe3+的检测限低至 0.051μM，对 PPi 的检测限为 0.31μM 。在实际水样中检测 Fe3+，以及在人体尿液和血液样本中检测 PPi 时，都展现出了高灵敏度和选择性，能够准确地识别和检测这些离子，就像拥有一双 “火眼金睛”。
细胞内离子动态可视化：Ni-CDs 具有良好的生物相容性，这使得它能够进入癌细胞内部，实时可视化癌细胞内 Fe3+和 PPi 的动态变化。这就好比给科研人员提供了一个 “显微镜”，让他们能够直接观察细胞内离子的活动情况，为深入了解细胞生理过程提供了有力工具。
光热 / 光动力抗癌治疗：在 808nm 激光照射（1.5W/cm2）下，Ni-CDs 展现出了强大的抗癌能力。它的光热转换效率高达 59.1%，还能产生细胞毒性活性氧物种（ROS） 。通过光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）的协同作用，实现了 98.8% 的癌细胞凋亡，为癌症治疗开辟了新的途径。
综合研究结果，研究人员成功合成了高产率的 Ni-CDs，并开发出了高灵敏度检测 Fe3+和 PPi 的 “on-off-on” 荧光传感方法。这种 Ni-CDs 不仅在生物传感领域表现出色，还因其顺磁性质可作为 T1加权磁共振成像（MRI）对比剂，在生物成像方面也有很大潜力。同时，它在光热 / 光动力协同抗癌治疗中的优异表现，为癌症治疗提供了新的策略和方法。
该研究成果意义重大，它克服了传统蓝 / 绿发光碳点的局限性，提供了一种具有深度组织相容性、低背景干扰的多功能一体化平台。这种 “二合一” 的诊疗平台为基于碳点的纳米材料在生物医学领域的应用开辟了新的方向，为即时诊断和精准肿瘤学的发展提供了新的思路。它还为波长工程化碳点杂化材料的设计提供了通用策略，有望推动生物医学研究和临床实践的重大变革，让我们对未来生物医学的发展充满期待。
