基于二氨基苯磺酸异构体的水热法合成多色荧光碳点及其细胞成像应用研究

研究人员针对传统多色碳点(CDs)合成方法复杂、溶剂依赖性强等问题，以三种二氨基苯磺酸(DABSA)异构体为单一前驱体，通过简易水热法制备出发射蓝(B-CDs)、绿(G-CDs)、红(R-CDs)三色光(459/509/637 nm)的碳点。该CDs具有相似的粒径(2.5-3.0 nm)但差异化的元素组成(N/O/S含量梯度变化)和化学键构型(石墨N与吡啶N差异)，可实现单波长(365 nm)激发的多色发射及双光子上转换发光，并成功应用于活HeLa细胞的多通道共聚焦成像，为简化多色CDs制备及生物成像应用提供了新策略。

　　

在荧光纳米材料领域，碳点(CDs)因其低毒性、优异生物相容性和可调光学性能，被视为生物成像和光电应用的理想材料。然而现有制备多色CDs的方法常面临合成条件苛刻、溶剂依赖性强的困境——例如经典苯二胺异构体法必须在乙醇溶剂中才能实现多色发射，水相体系则完全失效。更棘手的是，多数策略需要复杂的前体配比或后处理步骤，极大限制了实际应用。

针对这些挑战，深圳大学的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表创新成果。他们突破性地采用三种二氨基苯磺酸(DABSA)异构体(2,4-/3,5-/3,4-DABSA)作为单一前驱体，仅通过水热反应即制备出蓝、绿、红三色发射的CDs。这种"一锅法"合成不仅摆脱了有机溶剂束缚，更通过精准调控碳核的化学键构型与元素组成，实现了从459 nm蓝光到637 nm红光的精准发射调控。

研究采用水热反应釜在160°C下反应16小时制备CDs，通过透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征其形貌与化学结构，使用荧光光谱仪测定光学性能，并借助共聚焦显微镜和双光子显微镜评估其在HeLa细胞中的标记效果。

结果与讨论
研究发现三种CDs虽具有相近的粒径分布(2.5-3.0 nm)，但元素组成呈现规律性变化：随着发射波长红移，碳氮含量递减而氧硫含量递增。XPS分析揭示关键差异——红光CDs(R-CDs)中氮以石墨N形态存在，而蓝/绿光CDs(B/G-CDs)则以吡啶N为主。这种化学键差异与表面态调控被证实是波长调谐的主因。

细胞成像应用
在活细胞标记实验中，三种CDs均展现出优异的生物相容性。共聚焦成像显示B/G-CDs可穿透细胞核并在核仁富集，而R-CDs仅分布于细胞质，这种差异分布特性为多细胞器同步成像提供了可能。更引人注目的是，所有CDs在近红外激发下均表现出双光子上转换发光，显著拓展了其在深层组织成像中的应用潜力。

该研究不仅建立了水相体系中制备多色CDs的普适性方法，更通过揭示"组成-化学键-荧光特性"的构效关系，为精准设计功能性纳米探针提供了理论依据。所开发的CDs兼具多色发射、双光子特性与亚细胞定位能力，在 multiplex 生物成像、诊疗一体化等领域展现出重要应用价值。