过期二甲双胍片剂直接升级回收为非细胞毒性碳量子点

《RSC Advances》：Direct upcycling of expired metformin tablets into non-cytotoxic carbon quantum dotsOpen Access

　　

过期药物的积累日益成为环境挑战，凸显了可持续废物增值策略的必要性。在这项工作中，研究人员将过期二甲双胍片剂直接升级回收为荧光碳量子点（carbon quantum dots, CQDs），无需预先提取活性药物成分，展示了一种将药物废物转化为高附加值碳纳米材料的简单且环境友好的方法。采用具有实时温度和压力监测的微波辅助水热法合成了CQDs。通过使用分子量截留值（molecular weight cut-offs, MWCOs）为14 000 Da和100–500 Da的膜进行两级透析纯化，有效去除了较大聚集体以及离子和低分子量杂质，得到纯化的碳纳米点。所得CQDs的量子产率为10.02 ± 0.77%，具有强荧光和良好的水分散性。结构和表面分析（高分辨透射电子显微镜，HR-TEM；傅里叶变换红外光谱，FTIR；X射线光电子能谱，XPS；紫外-可见光谱，UV-vis）证实了成功的碳化、来自二甲双胍的氮掺入以及富氧表面官能团的存在。合成的CQDs在暴露72小时后对DU145前列腺癌细胞未表现出细胞毒性。这项研究表明，过期药品可以作为可持续前体，用于直接合成生物相容性碳量子点，支持绿色化学原则，并扩展了药物废物增值的机会。

过期药品的积累日益成为环境挑战，亟需可持续的废物增值策略。抗糖尿病药物二甲双胍在废弃药物中占较大比例，传统焚烧或废水排放处理方式会造成环境污染。已有研究利用二甲双胍合成碳量子点，但直接利用过期制剂的研究不足；且常用家用微波炉缺乏实时温度和压力控制，导致重现性差和规模化受限。为此，研究人员开展了以过期二甲双胍片剂为前体、无需预先提取活性成分直接合成碳量子点的研究，该论文发表于《RSC Advances》。

研究人员采用过期Glucophage?片剂（含500 mg盐酸二甲双胍及辅料）和化学试剂级盐酸二甲双胍（95%纯度）分别与柠檬酸、超纯水混合，在密闭微波消解系统（Milestone ETHOS UP）中于250 ℃反应25 min，合成碳量子点CQD₁（来自片剂）和CQD₂（来自化学试剂），并经两级透析（MWCO 14 000 Da和100–500 Da）纯化。表征手段包括HR-TEM、DLS、FTIR、XPS、UV-vis和荧光光谱，以硫酸奎宁为参比测定量子产率，并用LDH法检测DU145细胞毒性。样本来源注明：过期片剂为赛诺菲Glucophage?（保质期至2024年），化学试剂为abcr Gute Chemie产品；DU145细胞系购自ATCC（HTB-81）。

结果按原文小标题归纳如下：

3.1 显微镜、光谱和光电子技术

3.1.1 尺寸分布和形貌

3.1.1.1 HR-TEM图像和粒径直方图：HR-TEM确认两种CQDs均为超小纳米颗粒，CQD₁平均粒径1.55±0.39 nm，CQD₂为1.27±0.46 nm（n=40）。CQD₁中观察到约0.34 nm晶格条纹，对应石墨化碳域；CQD₂中弥散条纹约0.21 nm，结构无序度较高。

3.1.1.2 动态光散射（DLS）——水合粒径和分散性：DLS测得CQD₁水合直径3.45±0.36 nm，CQD₂为4.01±0.40 nm，多分散指数分别为0.2383和0.2385，表明粒径分布窄且无聚集。Zeta电位为?5.7 mV和?7.8 mV，显示弱静电稳定，但体系仍保持胶体稳定。

3.1.2 化学表征

3.1.2.1 FTIR光谱分析——特征官能团的鉴定：两种CQDs的FTIR谱图相似，均显示O–H/N–H（3270–3390 cm^?1）、C–H（2910–2950 cm^?1）、C═O/C═N及C═C（1650–1630 cm^?1）和C–N/C–O–C（1400–1000 cm^?1）等吸收带。

3.1.2.2 XPS元素组成和键合状态：XPS确认C、O、N为主要元素。CQD₁原子百分比为C 50.3%、O 26.6%、N 2.9%；CQD₂为C 59.1%、O 24.0%、N 7.9%。高分辨谱显示C 1s含C–C/C–H、C–O/C–N、C═O/N–C═O和COOR/O═(C–O)–N；N 1s含亚胺/吡啶氮、胺/酰胺氮和质子化/季氮；O 1s含C═O、C–O–C、C–OH等。CQD₁氧含量略高，可能归因于片剂辅料。

3.1.3 光学性质：UV-vis光谱显示两种CQDs在紫外区有强吸收，归因于sp²碳域的π–π*跃迁和表面基团的n–π*跃迁。荧光激发-发射矩阵显示单一发射峰约407 nm，CQD₁最大荧光强度约1.1×10⁶ a.u.，CQD₂约7.8×10⁵ a.u.。量子产率CQD₁为10.02±0.77%，CQD₂为9.31±0.65%，两者相当。

3.2 细胞毒性：LDH实验显示，DU145细胞经CQD₁（0.055 mg mL^?1）或CQD₂（0.040 mg mL^?1）处理24 h和72 h后，LDH活性与自发释放对照相当，72 h细胞毒性计算值分别为2.50%±3.55%和1.97%±3.82%，表明无显著细胞膜损伤。

讨论部分指出，直接使用过期片剂合成CQDs可行，辅料不阻碍纳米点形成，甚至可能贡献表面官能团；密闭微波消解系统实现精确温压控制，提高重现性；两级透析纯化有效去除杂质并保持光学性能。荧光强度与氮官能团（特别是胺/酰胺和亚胺）密切相关，而非仅取决于总氮含量。两种CQDs均无细胞毒性，支持其生物医学与环境应用前景。

研究结论可概括为：本工作展示了一种简单、快速、可持续的碳量子点合成方法，可直接将过期二甲双胍片剂升级回收为荧光碳纳米材料，无需预先提取活性药物成分。所得CQDs具有强荧光（量子产率最高10.02±0.77%），且无论前体为过期片剂还是化学试剂，其理化与光学性质相当。综合表征证实形成了含氧/氮官能团的纳米级碳颗粒。重要的是，CQDs对DU145细胞无细胞毒性。该研究支持绿色化学原则，拓展了药物废物增值途径。