基于碳點的即時測試方法的研究進展

高家樂 ,鈕 冰 ,陳 沁* ,王 艷

(1.上海大學 生命科學學院,上海 200444;2.上海海關 動植物與食品檢驗檢疫技術中心,上海 200135)

隨著各領域行業標準的升級,檢測已經不可或缺。面對海量的檢測需求、極短的檢測時限,傳統方法檢測緩慢、要求高、操作復雜的短板已經越來越難以適應,新一代更快、更好、更方便的檢測技術亟待研發。即時測試(PoCT)具有短耗時、高集成、操作簡便等優點,同時又能保證準確度和一定的敏感度,在食品、檢疫、醫療等領域都有廣泛的應用。近年來,許多納米材料被用于一種全新的納米PoCT 方法,碳點(CDs)的應用就是其中之一。

CDs是一類新型的納米材料,通常是小于10 nm 的零維納米材料,一般都具有光致發光的特性[1]。CDs是由sp2和sp3碳原子組成的碳核,通常伴隨其碳化程度的不同呈現出石墨晶格或者無固定形狀的結構形式[2]。CDs的共價碳骨架結構是其穩定性的重要保障,為CDs的功能化提供了可能。CDs的表面可以通過化學修飾附上大量官能團如羧基、羥基、胺基等[3],也可以吸附聚合物鏈如核酸等[2]。CDs具有優異的光學特性、抗菌活性、生物相容性和生物安全性[4],在體內外測試中被廣泛使用。

本工作就CDs各種獨特的性質綜述了其在生物檢測方向的應用,為開發靈活、廣泛的納米材料PoCT 平臺提供信息。

1 可用于核酸檢測的CDs制備和表征

1.1 CDs的制備

CDs可通過多種方法制備,不同的制備方法決定了CDs的微觀結構、大小和量子產率。CDs的來源豐富,除了活性炭、石墨等物質以外,含碳無機物如檸檬酸鈉和碳酸氫銨也能夠高效率地制備CDs。以食物為碳源的食源性CDs 也常常受到關注。QIN 等[5]以面粉為原料,微波輔助快速、綠色制備CDs,將Hg2＋的檢出限進一步下降至0.5 nmol·L－1;YAVUZ 等[6]由甜菜糖蜜制備CDs,粒徑為1.3～3.8 nm;WANG 等[7]以大豆為原料制備了藍色熒光CDs,量子產率為4.46%;JOTHI等[8]使用米糠制備了自鈍化的亮綠色熒光CDs,量子產率為7.4%。

CDs的制備一般分為自上而下和自下而上兩種方法。自上而下的方法是指含碳材料通過物理或化學的方法被分解成納米級碎片的過程,而自下而上的方法是指將小的有機分子碳化或者小的芳香族化合物逐步組合而成CDs[1]。

1.1.1 自上而下的制備方法

CDs的自上而下制備方法通常是以碳納米管、碳纖維、石墨、活性炭等宏觀含碳物質為原料[9-11],通過物理或化學方法分解至納米級而得到。由于分解物質所需條件苛刻,反應常在高熱、強酸等極端環境下發生,制備過程較為繁瑣。2004年,XU 等[12]在對熒光單壁碳納米管(SWCNT)的碎片進行電泳分析和純化時偶然發現了一種熒光碳雜質,并首次提出了CDs這種納米尺度的物質有望作為新的納米材料而得到應用。他們通過電弧放電法從SWCNT的粗煙灰中分離得到CDs,但此種方法得到的CDs 難以純化,量子產率也不是很高[10]。2006年,SUN 等[13]通過激光燒蝕法(LA)制備了熒光CDs,該方法可以產生較為純凈的CDs,量子產率也提高至4%～10%。產生的熒光CDs在固定激發波長的光照下能夠呈現多種波長的發射光,該方法也逐漸成為目前常用的CDs自上而下制備方法。2020年,KANG 等[14]使用脈沖LA 一步制備摻硫石墨烯量子點,這種CDs的量子產率為3.89%,光學性能得到了很大的提升。CALABRO 等[15]通過液相LA 制備石墨烯量子點,并與化學氧化法進行了比較,認為液相LA 能夠減少化學藥品用量,且副產物較少,從而使更快、更綠色制備石墨烯量子點成為可能。

電化學或化學制備法能在保證一定量子產率的條件下,實現CDs的表面功能化。在常壓和常溫下,CDs可通過強氧化劑以氧化還原反應的方式制備,這樣的制備方式能在一定程度上控制CDs的顆粒大小,將氨基、羧基、羥基等功能基團修飾到CDs上[10],故上述制備方式常常被用于納米生物傳感器的制作。

超聲波是一種波長極短的機械波,具有較強的能量。利用超聲波的機械破碎性質制作CDs僅需要氧化劑和超聲波設備,故被認為是一種簡單經濟的制備方法。PARK 等[16]將食物垃圾的乙醇溶液用40 k Hz超聲波處理45 min后離心,得到了綠色熒光的CDs。但當在有氧環境下超聲處理CDs時,附著在CDs上的熒光會因強烈的氧化作用而猝滅,導致量子產率的急劇下降,仍需要進一步使用水熱法以形成新的熒光基團[17]。

1.1.2 自下而上的制備方法

熱分解法是目前最有可能實現大批量CDs工業化生產的制備方法之一。它通過加熱裂解含碳前體,在短時間內大量產生CDs。工業化生產中可以通過控制反應的酸度、溫度、回流時間、碳化度等來控制CDs產物的熒光特性[18-20]。MA 等[21]建立了一種以乙二胺四乙酸(EDTA)為前體通過熱分解法制備石墨烯量子點的方法,該方法操作簡單、無溶劑、前體耐受性強、反應時間短、成本低和可擴展生產。此外,以檸檬酸為前體的CDs也可以使用熱分解法進行制備[22]。

水熱法是指通過水熱碳化(HTC)技術制備CDs,是目前最常用的CDs制備方法。該方法是將有機前體密閉于高溫高壓容器中進行一定時間的碳化。水熱法制備的CDs在紫外光的照射下能夠顯示出多種穩定的發射熒光[1],熒光發射的波長和所使用的有機前體具有一定的關系[23]。一步水熱法最早建立于2013年,GUO 等[24]利用檸檬酸鈉和碳酸氫銨一步制備了熒光碳量子點,將CDs制備的量子產率提高至68%。

微波可為前體分子中化學鍵的斷裂提供能量,常常與熱分解法或水熱法聯用。ROMERO 等[25]將微波法和水熱法結合制備CDs,YU 等[26]將微波法與熱分解法結合制備酸度敏感的綠色CDs。

模板法制備CDs一般包含兩步:①在模板中煅燒制備所需的CDs;②蝕刻去除支撐物[1]。LIU等[27]以二氧化硅微球作為模板載體,以甲階酚醛樹脂為前體,2 mol·L－1氫氧化鈉溶液蝕刻48 h除去二氧化硅微球,制備了多色CDs,量子產率為14.7%。

1.2 CDs探針的功能化設計策略

1.2.1 核酸包被的CDs探針

使用核酸包被納米材料是近年來PoCT 技術的新趨勢,一些研究表明核酸能夠通過氫鍵、π-π堆疊或疏水作用與CDs相互結合[28-30],從而被連接在一起。GARCíA-MENDIOLA 等[31]基于CDs開發了一種一次性電化學DNA 生物傳感器,用于識別聚合酶鏈式反應(PCR)樣品中的基因突變,該CDs通過乙二醇雙(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)熱分解法制備,能夠有效固定DNA 并保持其雜交能力。MILOSAVLJEVIC等[32]以檸檬酸作為碳源,以聚乙二醇(PEG)作為封端劑,增強了CDs的光學性能和化學穩定性,將DNA 與CDs溶液混合制備得到了CDs＠DNA 復合物,并對其進行了電化學、光學以及電泳性能的表征。

雖然單鏈DNA 能夠通過簡單混合的方法固定到富含羧基的CDs表面上,但這種固定方法不是牢固而不可逆的。WEI等[33]用單鏈DNA 包被CDs,利用單鏈DNA 與丙烯酰胺(AM)的高親和力使其與CDs產生競爭,當樣本中存在AM 時單鏈DNA優先與AM 結合,將其從CDs中爭奪下來,從而暴露CDs產生熒光。這種競爭性“關-開”的發光機制,或許可以通過對比檢測對象與核酸探針、核酸探針與CDs之間作用力大小進行預測,從而用于更多的檢測方法中。

1.2.2 雜原子摻雜的CDs探針

雜原子摻雜能夠通過改變CDs固有的電子特性、增加表面活性位點來調節和改善CDs的熒光特性[34],這在細胞成像和微生物檢測等微量分析中非常重要。為了獲得更好的生物成像效果以及更高的熒光強度,氮和硫原子常常被摻雜進CDs中。LI等[35]以尿素和半胱氨酸為碳源、氮源及硫源,采用水熱法制備氮硫摻雜的CDs,并測定菇類食品中維生素B2,檢出限達到5.0×10－8mol·L－1。WEI等[36]以水熱法制備了氮硫摻雜的CDs,其光致發光性能在不同的酸度、高含量氯化鈉和不同金屬離子的環境中均穩定保持,能被用于MCF-7和K562細胞質中的多色成像。ROMERO 等[37]采用化學氧化法制備氮硫摻雜的CDs,并用于廢水中高碘酸根的檢測,其量子產率達到22%,這甚至超過了一些水熱制備的成像用CDs[38-39]。LIU 等[40]利用氮硫摻雜的CDs完成了對酸度和溫度(10～70 ℃)的傳感,并建立了一種定位于細胞核的RNA 選擇性成像技術,進一步對氮硫摻雜CDs與DNA 或RNA的親和力進行了比較,發現氮硫摻雜可以使CDs特異性結合RNA 而不是DNA,這一發現能被用于基于CDs的RNA 特異性探針的設計。

其他雜原子的摻雜也能夠改變CDs的光學特性和檢測對象特異性,例如磷氯摻雜的CDs能夠特異性檢測Fe3＋[41],氮磷摻雜的CDs能夠在血清和尿液中檢測Cd2＋[42]。環境因素也能改變CDs的檢測性能,由于水熱法合成的CDs表面能夠通過共價鍵連接豐富的羧基、酚羥基等酸性基團,它們可逆的質子化和去質子化造成了電子能級的變化,并直接導致了CDs熒光性質的改變[43]。氮氟摻雜的CDs在pH 13時能夠檢測硅,而在pH 8時則能夠檢測汞[44]。利用酸度對雜原子摻雜CDs的影響,路雯婧等[45]合成了pKa為5.32的鐵摻雜CDs,能夠通過熒光強度的變化線性地檢測細胞內pH 在4.4～6.2內的變化。溫度變化也能夠通過熱力學的粒子效應影響CDs的熒光性質,當溫度上升時粒子振動增加,碰撞頻率增加,當CDs相互靠近時其熒光會被淬滅,體系中的熒光強度也會相應下降。陳文靜等[46]合成的氮硫摻雜的CDs利用這一原理,在20～55 ℃內通過測量415 nm 處的熒光強度來線性反映溫度的變化。

諸多文獻也提示其他雜原子摻雜能夠調節和改善CDs熒光特性,如磷[47]、氮[47-49]、硫[49]、硼[50]等。結果發現CDs的光學性質和檢測對象特異性能夠通過表面雜原子修飾的方法進行優化,不同的原子摻雜可以給CDs增添不同的檢測對象和功能,酸度等環境因素也能夠影響CDs和檢測對象之間的互相作用。

1.3 CDs的表征技術

與其他的納米粒子表征方法相同,CDs的粒子形貌一般通過原子力顯微鏡(AFM)、透射電子顯微鏡(TEM)等手段進行表征。

AFM 是一種利用探針尖端與樣品表面相互作用而成像的顯微方法,可提供CDs的二維和三維圖像。TEM 利用電子束與CD 樣品相互作用產生的散射來生成明暗圖像,以觀察CDs的粒徑。DONG等[51]制備了抗菌量子點,并用AFM 和TEM 的方法進行了表征,結果顯示CDs的高度約4 nm,粒徑約5 nm,在二維圖像中呈圓形。

部分具有熒光性質的CDs常常需要對其光學性質進行表征。傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)是一種常見的化學結構分析方法,制備后的CDs可通過這種方法進行表征,獲取其表面的化學基團信息,從而決定之后的修飾方式。MEHTA 等[38]通過FTIR 分析制備的CDs得知其表面有豐富的O－H、C－H、C＝O、C＝C、C－N 和C－O 基團。X 射線晶體衍射結果表明其中含有湍層碳和石墨碳。

紫外-可見吸收光譜法以及熒光光譜法也常被用作CDs的表征手段。根據MEHTA 等的表征結果,制備的CDs的紫外可見光吸收波長為250 nm和300 nm,熒光激發波長為368 nm,熒光發射波長為475 nm。

對于多色量子點,也可以通過紫外吸收峰的位置進行區別。JIANG 等[23]制備了紅綠藍3色的光致發光CDs,并采用紫外-可見吸收光譜法對制備的熒光量子點進行表征。3種CDs的紫外-可見吸收光譜顯示其吸收峰位置類似,表明其具有類似的性質,并在不同波長處具有各自的熒光發射。

2 基于CDs的PoCT方法的應用

2.1 食品安全

食品的各個生產環節都有污染的可能,原料質量不佳、農藥殘留、違規添加、摻假等現象是較為常見的食品安全問題,嚴重影響消費者的健康[52],因此快速的PoCT 方法亟待建立。

有機磷類化合物如甲基對硫磷、草甘膦、敵敵畏等是常用的一大類農藥,微量的有機磷農藥就能導致嚴重的腸胃道反應、臟器衰竭甚至死亡[53],目前還沒有針對有機磷農藥有效的解毒劑,其在食物中的殘留越來越得到人們的關注。LI等[54]以巰基乙酸單乙醇胺為前體制備氮硫共摻雜的CDs,用于檢測蘋果表面的甲萘威。WANG 等[55]采用微波輔助熱解工藝由羊毛制備CDs,量子產率達到16.3%,并成功在谷物樣品中完成草甘膦的檢測。敵敵畏是一種廣為人知的農用殺蟲劑,曾被大量用于農業而導致嚴重的農藥殘留。敵敵畏是乙酰膽堿酯酶(AChE)的不可逆抑制劑[56],會導致突觸間隙內乙酰膽堿的含量升高,產生尼古丁和毒蕈堿癥狀,常伴隨有中樞神經系統中毒[57],死亡率極高。HOU等[58]使用季銨化CDs構建了一種量子產率高達34.2%的熒光共振能量轉移(FRET)敵敵畏傳感器,檢測線性范圍為5.0×10－11～1.0×10－7mol·L－1,并在卷心菜和果汁中進行了驗證[59]。

原料檢測是保證食品安全的重要環節,如水的檢測等。ZHOU 等[60]將CDs作為納米探針檢測復雜基質如湖水中的Hg2＋和生物硫醇。韓愛霞等[61]利用廢棄的豌豆莢作為碳源,合成了能被Hg2＋高效淬滅的氮摻雜CDs,并得到了線性的熒光滴定工作曲線。硅烷修飾的CDs具有與氮摻雜相似的性質,一些硅烷修飾的CDs也能夠檢測Hg2＋、Fe3＋和Cr(Ⅵ)[62-65]。這些研究提示了相似原子修飾的CDs可能具有相似的檢測功能。鄰苯二甲酸二丁酯是一種塑化劑,常被用于生產聚氯乙烯材質的各種食品藥品包裝,它不易與塑料共價結合而進入食品中造成污染[66]。鄰苯二甲酸二丁酯是潛在的致癌物,也具有生殖毒性,孕婦暴露于鄰苯二甲酸二丁酯環境中易導致新生兒體重降低[67]。徐志祥等[68]用水熱法以抗壞血酸前體制備CDs,隨后與胺化的核酸適配體連接,制備了雙發射CDs標記核酸適配體,通過熒光比值法建立了食品中鄰苯二甲酸二丁酯的超靈敏快速檢測方法,并以此申請了專利。LIU 等[69]將CDs與Mn O2納米片結合作為檢測抗壞血酸的熒光探針,檢出限達42 nmol·L－1。付海燕等[70]采用水熱法制備碳量子點,利用其熒光性質檢測食物中的摻假淀粉,并在咖啡中進行了驗證。

目前CDs常用于金屬離子的檢測[71],在食品安全方向的應用較少,多集中于化學檢測而缺少生物檢測。檢測對象也偏重于水源、果蔬、包裝等組成成分單一或無需復雜加工的食品或食品包裝。對于加工后食品樣本的檢測研究較少,這可能是由于復雜的食品加工方法使得樣本的組成增加,一種CDs可能會結合多種靶標,導致嚴重的假陽性結果,從而使檢測特異性降低,無法滿足食品安全檢測的需要。因此,CDs的功能化方法及其檢測對象的分類歸納、機制的研究就顯得非常重要,這或許是成功預測CDs表面修飾和檢測對象之間聯系的突破口。

2.2 檢疫與臨床檢測

檢疫是防止疾病傳播、物種入侵的重要手段,隨著海內外貿易的不斷發展,快速準確的檢測方法亟待建立。CDs是一種便于制備、經濟、綠色,具有PoCT 潛力的新型納米材料,常被應用于微生物標志物的即時檢測。CHEN 等[72]利用EDTA 采用水熱法制備了量子產率高達43.6%的CDs,將鋱以配位鍵的方式結合到CDs上,對CDs進行功能化,上述用鋱原子功能化的CDs可以特異性結合炭疽生物標志物2,6-吡啶二羧酸(DPA)。RONG 等[73]以氯化錳和檸檬酸為原料,采用熱解法制備藍色熒光的錳摻雜CDs(Mn-CDs),將上述CDs滴在圓形濾紙上后干燥,得到的熒光試紙也可以特異性結合DPA。該試紙在紫外燈下能用智能手機軟件拍攝成像定量,檢出限為1μmol·L－1。在研究上述Mn-CDs時還發現,當錳的摻雜量上升時,CDs的量子產率也逐漸增加,當錳摻雜達到25%(質量分數)時,Mn-CDs的量子產率達到最大(13.5%),相較于摻雜前的8.3%,具有顯著的增強效果。參考CHEN 和RONG 等[72-74]的研究,ZHOU 等[75]用同為鑭系元素的銪替代鋱對CDs進行功能化,也能夠用于檢測DPA。用上述銪摻雜的CDs設計了雙比例光學探針,建立了DPA 的比色和熒光視覺檢測方法,檢出限分別為10.6 nmol·L－1和1μmol·L－1。上述研究發現,鑭系元素功能化的CDs都能夠特異性識別DPA,并且具有近似的檢出限,這再次提示了用相似元素對CDs進行功能化可能能夠使其具有類似的檢測功能。

流行病病原體也是檢疫重要的檢測對象。WANG 等[76]以CDs與核酸適配體結合定量檢測鼠傷寒沙門氏菌,檢出限為50 CFU·mL－1。2019年新型冠狀病毒疫情的爆發對病毒檢測提出了更高的要求,各種基于CDs的病毒檢測方法也逐漸得到重視[77],XU 等[78]研發了一種側向流免疫層析方法來檢測新型冠狀病毒,使用基于CDs的二氧化硅微球,經碳化二亞胺偶聯反應將新型冠狀病毒核衣殼蛋白抗體與CDs二氧化硅微球偶聯,作為側向流免疫層析的上樣預混液。上述側向流免疫層析試紙條在紫外燈下檢測靈敏度為100 ng·L－1,操作便捷,也可以使用熒光顯微鏡進行分析,熒光顯微鏡下綠光激發檢測靈敏度為10 ng·L－1,靈敏度較紫外燈下的提升10倍。以抗原和單克隆抗體為基礎衍生出的免疫分析技術現已成為PoCT 的主流,在此次新型冠狀病毒疫情中發揮了重要作用。選用富含氨基的碳源合成的氨基化CDs能夠結合酰胺化的蛋白,張春林等[79]利用氨基葡萄糖合成氨基化CDs,采用化學偶聯法將其與大腸桿菌抗體連接,相同的方法也有望用于CDs與抗原的連接,以提供更快速、易于獲得的抗原試劑盒。

作為PoCT 的一種應用,床邊檢測逐漸成為臨床檢測方向的新趨勢。CDs的快捷性、簡便性使其在血液檢查中非常受歡迎,同時其較小的分子尺寸、良好的生物相容性、低毒性和強熒光性質使其成為一種良好的生物成像材料。

鎘被廣泛用于各種工業制品的生產中,它不是人體的必需元素,從被污染的空氣、水和食物中攝入過量的鎘會引起鎘中毒。鎘中毒的常見臨床表現為貧血、腎臟損傷,骨質中的鈣被鎘置換引起骨軟化和骨質疏松,嚴重時能夠導致骨折和痛痛病(itai-itai disease,是鎘中毒的一種癥狀)[80-81]。此外,鎘中毒還有潛在的致癌風險[82]。為了避免從水源攝取過量的鎘,NIU 等[83]設計了由CDs 與金納米團簇(Au NCs)組成的納米雜化物,以測定湖水中的鎘,通過組氨酸和丙氨酸水熱法制備發藍色光的CDs,用11-巰基十一烷酸(MUA)封端的發紅色光的Au NCs對其進行功能化,從而特異性識別鎘離子,此外該CDs還能夠檢測人血清中的抗壞血酸。裴元生等[84]用CDs修飾玻碳電極后鍍鉍膜,用于檢測地下水中鎘和鉛,質量濃度為0.25 mg·L－1時能報告非常高的峰電流。劉意等[85]利用氮硼共摻雜的CDs檢測溶液中的鎘,利用熒光增強效應準確建立了光強與鎘含量的關系,為鎘定量檢測提供了新思路。HUANG 等[86]將氮鈷共摻雜的熒光磁性CDs作為人體血清中膽固醇和尿酸的比率熒光探針,可作為快速的臨床診斷方法。CHELLASAMY 等[87]將CDs熒光檢測與智能手機結合,通過智能手機上比色傳感器陣列閱讀系統對老年人血漿中的多巴胺進行檢測。

CDs具有良好的生物相容性和低毒性。XU等[88]通過水熱法制備碳量子點以穩定釓納米探針,可作為核磁共振成像(NMRI)的造影劑,也能通過熒光成像。ZHANG 等[89]使用干酵母微波熱解得到綠色的發光CDs,并進行葉酸功能化來對葉酸受體陽性的癌細胞進行成像。KALYTCHUK 等[90]使用氮硫摻雜的CDs光致發光的壽命推算被測細胞的溫度,為癌癥熱療提供了準確的組織溫度測量方法。新成像技術是診斷醫學關注的熱點目標,CDs可以通過口服或注射的方法進入體內并被運送到病灶處進行顯影。NIU 等[91]利用蛋白質-CDs在大腦中有著顯著的成像效果來檢測早期的血腦屏障損傷,并估計溶栓后癥狀性顱內出血的情況。DAS等[92]使用聚乙二醇辛基苯基醚(Triton-X)作為結構導向劑,以吡咯和苯胺為前體,制備了氮摻雜的CDs,它能夠在實現熒光成像的同時具有良好的光熱效應,在980 nm 近紅外光下誘導人口腔癌細胞發生熱消融效應,既能夠完成檢測又能夠準確可控地殺滅癌細胞,是一種新穎的癌癥熱療方法。此外,將CDs添加入組織再生支架中,在維持支架機械強度的同時,還能增加其抑菌和監測能力,一些添加了CDs的支架材料還具有誘導組織增殖和定向分化的作用[93]。

3 總結與展望

作為一種新型的納米材料,CDs便于制備、生物相容性好、環保低毒,同時CDs的熒光、光熱效應顯著,且易于與其他固相載體連接,因而被廣泛應用于各類PoCT 方法中。CDs能夠通過多種途徑制備,其中水熱法制備的CDs色彩多樣、量子產率高、表面易于功能化。雜原子摻雜的CDs具有更好的量子產率,摻雜了同一類元素的CDs有較為近似的性質,但具體機制仍未可知,有待進一步研究。此外,CDs作為造影劑,相對分子質量較小,能夠穿過血腦屏障完成腦中成像,有利于腦科疾病的預防和診斷。目前CDs的成像多應用于體外培養細胞或裸鼠注射試驗,并得到了較好的結果。

CDs的合成成本低、應用面廣,但目前主要的合成方法停留在實驗室階段,大批量的工業合成仍然沒有實現。已知的合成方法中熱分解法和水熱法是最便于合成、量子產率最高的方法。通過擴大合成規模,優化和篩選各個步驟在放大試驗中的條件改變,參考其他納米材料的生產線進行調整和適應,或許是解決CDs工業化生產的好方法。CDs通常具有較低的生物毒性,但進入細胞內的CDs仍有可能導致細胞死亡,這主要是因為被細胞內化的CDs可能會誘導細胞產生光致損傷或催化活性氧(ROS)的過量產生,導致細胞氧化應激[94],如何鈍化或如何功能化CDs以有效降低其生物毒性值得深入研究。前期不少研究也發現雜原子摻雜的CDs具有多種多樣的性質,但CDs檢測對象的篩選往往是通過偶然發現或比對淬滅效果篩選得到的,效率低、普適性差。因此,CDs特異性檢測的具體機制亟待研究,通過比較相似雜原子摻雜CDs的化學結構來進行功能歸類,可能實現檢測功能的預測?，F今高通量也逐漸成為PoCT 方法追求的熱點,多色CDs的合成和應用也為其高通量檢測方法的誕生奠定了良好的基礎,適用于普通打印機的CDs墨水也擴展了CDs的應用方式[95]。隨著對CDs制備方法和功能機理的進一步研究,CDs的應用將越來越多樣化,更多基于CDs的PoCT 檢測方法值得期待。