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2021-02-18 作者:环境学院 来源:科学技术处

环境学院缪爱军、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商业购买获得多种典型CDs,深入研究CDs的光降解过程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 Communications2021, 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项目的资助