综述：石墨烯量子点与三维支架的集成在精准医疗和再生应用中的研究

本综述系统探讨了石墨烯量子点（GQDs）与三维（3D）支架集成的前沿技术，重点聚焦其在药物递送、组织工程及癌症治疗等生物医学领域的应用。文章详细总结了GQD的合成方法（自上而下/自下而上）、功能化策略及其与多种支架材料（如GelMA、壳聚糖、PCL等）的复合方式，突出其优异的光致发光特性、生物相容性及多功能性（如靶向给药、光热/光动力疗法（PTT/PDT）、实时成像等），为开发新型诊疗一体化（Theranostics）平台提供了重要理论和技术支撑。

　　

石墨烯量子点与三维支架的集成：从合成到生物医学应用

石墨烯量子点（GQDs）作为一种新兴的纳米材料，凭借其独特的物理化学性质——包括尺寸小于10 nm的纳米结构、优异的光致发光（photoluminescence）、良好的生物相容性及易于功能化的表面特性，在精准医疗和再生医学中展现出巨大的应用前景。本综述系统总结了GQD与三维支架的集成策略、功能化方法及其在多种生物医学领域中的应用。

GQDs的合成与性质

GQDs的合成主要有“自上而下”和“自下而上”两种策略。自上而下法通过氧化切割、水热/溶剂热法或电化学剥离将大尺寸石墨烯材料分解为纳米尺度的GQDs；而自下而上法则通过碳化有机前体（如柠檬酸、葡萄糖）或微波辅助法从分子级别构建GQD结构。这些方法可调控GQDs的尺寸、表面官能团（如–OH、–COOH）和光学性能，使其具备可调的荧光发射特性、高稳定性及良好的分散性。

GQDs的量子限域效应和边缘效应赋予其优异的光学与电学性质，包括尺寸依赖的发光行为、高载流子迁移率以及可通过掺杂（如氮、硫）调节的能带结构。这些特性使GQDs不仅适用于生物成像和传感，还可作为药物载体、光热剂和光敏剂用于治疗。

GQD-3D支架的构建与功能化策略

将GQDs集成到3D支架中主要通过电纺丝、冷冻干燥、3D打印、自组装和溶胶-凝胶等方法实现。这些技术能够制备出具有高孔隙率、仿细胞外基质（ECM）结构及良好机械性能的支架，为细胞附着、增殖和组织再生提供支持。

GQDs的功能化是其成功应用于生物医学的关键。通过共价（如胺基、羧基偶联）或非共价（如π-π堆积、氢键）方法，可将靶向配体（如抗体、多肽）、刺激响应分子（如pH敏感基团）或治疗药物（如化疗药物、核酸）修饰到GQD表面，从而实现精准的药物递送和增强的组织整合能力。

生物医学应用概述

精准药物递送与癌症治疗：

GQD功能化的3D支架能够实现药物的控释与靶向递送，显著提高肿瘤部位的药物浓度并减少系统毒性。例如，负载阿霉素的GQD-支架在体外和体内均显示出增强的细胞摄取和抗肿瘤效果。此外，GQDs的光热与光动力特性（PTT/PDT）可通过近红外（NIR）光激发产生热或活性氧（ROS），实现对肿瘤的协同治疗与实时成像监控。

组织工程与再生医学：

在骨组织工程中，GQD-支架不仅能提供机械支持，还可通过负载成骨因子（如BMP-2）或血管内皮生长因子（VEGF）促进骨再生与血管生成。类似地，在神经或心肌组织构建中，GQDs的电导特性有助于电信号传导与细胞定向分化，加速损伤修复。

慢性疾病管理：

在糖尿病管理中，GQD-水凝胶支架可促进慢性伤口愈合，通过联合抗菌药物和生长因子实现抗感染与组织再生双重功能。在心血管和神经退行性疾病中（如心肌梗死、阿尔茨海默病），GQD-支架可提供神经保护因子（如BDNF）的持续释放，支持细胞存活与功能恢复。

抗菌治疗：

GQDs的自然抗菌性能可通过光热或光催化效应进一步增强。功能化后的支架能有效抑制生物膜形成、杀灭耐药菌（如MRSA），并适用于植入物涂层和感染伤口敷料。

挑战与未来方向

尽管GQD-3D支架技术前景广阔，但仍面临规模化生产、长期生物安全性、材料稳定性及监管审批等挑战。未来研究应聚焦绿色合成方法、智能响应型支架设计（如pH/温度/光响应）、以及个体化医疗平台的开发。多学科合作与临床转化研究将是推动该技术走向应用的关键。

结论

GQD与3D支架的集成为生物医学领域提供了强大的多功能平台，兼具诊断、治疗与再生能力。通过持续优化材料设计、功能化策略和治疗方案，这一技术有望在精准医疗、组织工程和慢性病管理等领域发挥越来越重要的作用。