我院相思源副教授在国际期刊发表天然来源碳点对生物环境影响综述性学术论文

       近期，大连工业大学食品交叉科学研究院相思源副教授、谭明乾教授在国际期刊Environmental Science Nano（IF=9.473，中科院基础版一区）发表题为“Carbon dots derived from natural sources and their biological and environmental impacts”的综述论文，其中相思源副教授为第一作者、谭明乾教授为通讯作者。

综述亮点

       1. 阐述了碳点的天然来源及其合成技术的最新进展；

       2. 从应用和潜在风险两方面阐述了天然来源碳点对人类和环境的影响；

       3. 分析了天然来源碳点生物环境影响面临的挑战和前景。

背景介绍

       碳点是一种具有超小尺寸的零维准球形纳米材料，因其具有良好的光稳定性和生物相容性以及可调谐的荧光性能等优良特性，被广泛应用于成像、传感、治疗、储能等各个领域。然而，碳点的合成技术，合成原料有污染环境，损害不可再生资源等缺点。近年来，有研究者从可食用的原料或生物质废料等天然来源中提取碳点。提取的天然碳点具有可再生性、来源丰富和优异的物理化学性质等优点。因此从生物质和生物质废料中提取碳点已成为合成碳点的一种潜在的替代策略。然而，尽管碳点来自天然来源，但仍是通过化学反应合成的。因此，碳点的性质不同于其前体物质的性质，其对人类和环境的潜在风险没有得到充分的研究。因此，深入研究它们对生物和环境的影响仍然是至关重要的。

主要内容

       本文重点介绍了食品等天然来源的碳点及其对生物和环境的影响。首先概述了可用于制备碳点的各种天然原材料，包括鸡蛋，蜂蜜，洋葱等食品来源的生物质和生物质废弃物，以及天然来源碳点合成技术的最新进展。然后，从应用和潜在风险两个方面系统地介绍了天然来源碳点对人类和环境的影响，如在生物医学中的应用前景和对生物分子功能的潜在风险等。最后，讨论了天然来源碳点目前面临的挑战，并展望了深入评估自然来源碳点对人类日常生活的影响的未来前景。

结论及展望

       1. 天然来源碳点具有可控的光致发光性、良好的生物相容性、优异的电化学行为、出色的清除自由基等特性，被认为是具有重要意义的零维纳米材料。除了具有碳点的固有性质外，生物质前体还表现出价格低廉、丰富的可获得性、杂原子自掺杂等优点。天然来源碳点可在药物递送、生物传感、生物成像、抗氧化、抗菌等领域中具有广泛应用。然而，从各个领域的实际应用来看，深入了解它们的物理/化学机理及其对人类和环境的潜在影响仍然是至关重要的。

       2. 由于生物质来源碳点在生物医学领域有重要应用，明确其生物累积、生物放大及其潜在影响具有重要研究价值。然而，关于碳点对人类的长期影响的研究仍然非常不足。今后，更多的研究应该集中在碳点对生物体的长期影响，如动物和植物，而不仅仅是实验室细胞水平的影响。

       3. 了解碳点在不同环境条件下的代谢机制和生物降解情况，对于评估其在不同生态系统中的作用至关重要。因此，应仔细确认并分析天然来源碳点的确切组成和性质，以便进一步应用于代谢组学研究。此外，需要利用先进的监测技术为碳点代谢研究提供更详细的信息。

       4. 产生ROS是碳点的特性之一，此特性广泛应用于生物医学。然而， ROS引起的氧化应激也可能对人类和环境不利。迫切需要在细胞水平上量化产生的ROS，随后对生物体产生的影响进行全面评估。

       5. 传统的热解方法通常需要较高的温度和能耗，对环境不友好；使用常规方法制备的碳点产量较低，不符合成本效益。在生物质的自然降解过程中采用电化学催化合成策略可以在室温或温和的条件下诱导自发合成碳点，这将是下一代碳点制备策略的发展趋势。

       6. 需要建立一个从积极和消极两个方面评估碳点生物和环境影响的详细数据库。建立碳点安全使用的综合评价体系和标准，对人类社会和整个生态系统至关重要。

图：用于合成碳点的自然来源及其在人类和环境领域中的应用

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/EN/D2EN00435F