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缪爱军、张效伟、韦斯团队
在碳点光降解毒性方向取得重要进展

       纳米碳点(CDs)是一类尺寸小于10纳米的新型碳纳米材料,具有光学性质优秀、原料来源广、水溶性好、毒性小、成本低等优点,已应用于生物成像、光催化、传感、载药等诸多领域。
       目前文献报道认为CDs的细胞毒性较低,但相关研究多在黑暗条件下开展,而CDs的应用跟光照密切相关。有鉴于此,缪爱军、张效伟、韦斯团队通过自主合成和商业购买获得多种典型CDs,深入研究CDs的光降解过程与机理,探讨其光解后的细胞毒性与分子机制,并鉴定相关降解产物。

CDs光降解示意图
       研究发现,CDs在光照条件下发生显著降解,光强越强、光波长越短、温度及pH越高其降解速度越快,该降解过程主要由光照产生的羟基与烷基自由基所导致。与此同时,CDs的细胞毒性随着光降解时间的增加而增强。通过比较降解后的CDs总悬浮液、降解后的小分子产物、降解后的CDs颗粒三者毒性的差异,研究团队发现CDs的光降解毒性主要源于其降解后的小分子产物。
       研究团队采用一种新型的毒理基因组学方法,以浓度依赖的方式分析了对CDs做出反应的1200个人类基因,通过简化人类转录组(RHT)建模,确定了CDs光降解毒性的分子途径。将RHT谱中的基因和途径与比较毒物基因组数据库进行对比,进一步发现关键毒物可能具有高不饱和度,并含有苯环、羰基或羟基等结构。
       考虑到降解产物对细胞毒性的主要贡献,研究团队随后通过高通量非靶向质谱分析技术,鉴定了CDs降解产物的结构,并使用分子关联网络与群落分析可视化CDs降解产物与细胞毒性的相关性,共识别出1431种物质,其中499种与细胞毒性相关。该研究结果揭示了CDs的光降解细胞毒性与内在机理,对今后CDs的合成与安全评估有重要指导意义。
       该成果以“Photodegradation of carbon dots cause cytotoxicity”为题发表于Nature Communications(2021, 12: 812)。南京大学环境学院博士生刘月月、副研究员于南洋、博士生方文迪为该论文的共同第一作者,南京大学环境学院缪爱军教授、张效伟教授、韦斯副教授为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、国家海洋公益性行业科研专项、南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划B等项目的资助!

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