综述：多糖衍生碳量子点的临床前研究进展、诊疗应用及未来临床试验

这篇综述系统探讨了多糖衍生碳量子点（CQDs）的合成方法、诊疗（theranostic）应用及临床转化潜力。文章重点分析了其基于壳聚糖（chitosan）、淀粉（starch）等天然多糖的绿色合成策略，并详述了在生物成像、靶向给药（如pH响应释放）、光热/光动力疗法（PTT/PDT）等领域的应用，同时指出量子产率（quantum yield）和长期毒性等临床转化挑战。

　　

多糖衍生碳量子点的崛起：从合成到诊疗应用

1. 引言

多糖衍生碳量子点（CQDs）凭借其独特的生物相容性、低毒性和卓越的荧光特性，正成为纳米医学领域的新星。这类碳基纳米材料巧妙融合了诊断与治疗功能，为疾病诊疗提供了全新范式。天然多糖如壳聚糖、淀粉和纤维素，因其丰富的羟基、羧基等官能团，成为合成CQDs的理想碳源，不仅赋予产物优异的水溶性和稳定性，还为其在生物系统中的适应性奠定了基础。

2. 多糖的分类与特性

多糖可分为同多糖（如纤维素、淀粉）和杂多糖（如透明质酸、肝素）。壳聚糖作为甲壳素脱乙酰化产物，其阳离子特性增强了黏膜吸附能力，适用于缓释给药系统；淀粉的直链/支链结构（ amylose/amylopectin）比例直接影响其溶胀性和药物负载效率；而纤维素作为地球上最丰富的有机聚合物，其β-1,4-糖苷键结构提供了优异的机械强度。这些结构多样性为CQDs的功能化设计提供了无限可能。

3. 合成方法：从实验室到工业化

3.1 自上而下法

• 激光烧蚀法：通过高能激光脉冲分解碳材料，可制备高结晶度CQDs，但设备成本高昂。
• 电弧放电法：在4000°C高温下气化石墨电极，产物纯度优异但能耗大。
• 电化学剥离法：环保且可规模化，但需精确控制电压以避免过度氧化。

3.2 自下而上法

• 水热/溶剂热法：在150-300°C下分解多糖前体，尿素等添加剂可引入氮原子提升荧光量子产率。
• 微波辅助法：5分钟内即可完成反应，能量效率高但需专用反应器。
• 绿色合成：利用果蔬提取物或生物质（如甘蔗渣）为碳源，符合可持续发展理念。

4. 诊疗应用：多功能集成平台

4.1 生物成像
壳聚糖CQDs（3-5 nm）在HeLa细胞中展现出pH依赖性荧光增强效应，而透明质酸修饰的CQDs可通过CD44受体靶向肿瘤细胞。近红外（NIR）发射型CQDs（如淀粉衍生）能实现深层组织成像，穿透深度达5 mm。

4.2 靶向给药
pH响应型羧甲基纤维素CQDs可在肿瘤微环境（pH 6.5）中释放阿霉素（DOX），使MCF-7细胞的药物摄取量提升3倍。叶酸（folic acid）功能化CQDs能选择性识别癌细胞表面过表达的叶酸受体。

4.3 协同治疗
氮掺杂CQDs在808 nm激光照射下可实现52°C的局部升温（PTT），同时产生活性氧（ROS）用于PDT。与化疗药物联用时，对A549肺癌细胞的抑制率可达78%。

5. 临床转化挑战

尽管已有专利涉及CQD的葡萄糖监测（如US11094832B2）和抗菌敷料（US10342746B2），但批量生产的均一性仍是瓶颈。动物实验显示，>10 nm的CQDs易在肝脏蓄积，而<5 nm的颗粒虽能经肾清除，但可能诱发肾小球滤过膜损伤。此外，长期光照下约15%的CQDs会出现荧光猝灭。

6. 未来展望

通过机器学习优化合成参数、开发器官特异性清除策略（如肝靶向降解酶），以及探索CRISPR-Cas9基因编辑系统的CQD递送，将是下一阶段的研究重点。随着Ⅲ期临床试验（如NCI主导的纳米载药项目）的推进，多糖CQDs有望在5-10年内实现临床转化，重塑精准医疗格局。

作者贡献声明

Shubhrat Maheshwari主导撰写与实验设计，Aditya Singh负责数据验证，Amita Verma提出核心概念。本研究未接受特定资助，作者声明无经济利益冲突。