نانومقیاس

نانومقیاس

ارزیابی زیست‌سازگاری نقاط کوانتومی کربنی آلاییده به نیتروژن سنتز شده به روش هیدروترمال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه فیزیک ماده چگال، دانشکده فیزیک، دانشگاه الزهرا، تهران، ۹۳۹۷۳-۱۹۹۳۸، ایران
2 گروه فیزیک ماده چگال، دانشکده فیزیک، دانشگاه الزهرا، ۱۹۹۳۸-۹۳۹۷۳، تهران، ایران
چکیده
در این پژوهش، سوسپانسیون نقاط کوانتومی کربن آلاییده به نیتروژن (N-CQDs) به روش هیدروترمال در دمای ℃ ۱۸۰ با استفاده از سیتریک اسید و اوره به عنوان منابع کربن و نیتروژن سنتز شد. تحلیل پراکندگی دینامیکی نور (DLS) نشان داد که اندازه‌ی ذرات عمدتا در بازه nm 2-7 است. تحلیل نقشه عنصری و طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS) وجود یکنواخت کربن‌ و نیتروژن را در سرتاسر نمونه تایید کرد. طیف‌ جذبی فرابنفش- مرئی (UV-Vis) قله‌ای در طول‌موج nm 300 و لبه جذبی در nm 363 را نشان داد. طیف فوتولومینسانس (PL) نیز رفتار وابسته به طول‌موج برانگیختگی را نشان داد ، به‌طوری که قله‌‌ی نشر N-CQDs با تغییر طول‌موج برانگیختگی از nm 300 به nm 400 از nm 412 به nm 473 جابه‌جا شد. نتایج ارزیابی زیست‌سازگاری با استفاده از آزمون MTT بر روی رده سلولی سرطانی MDA-MB-231 نشان‌دهنده زیست‌سازگاری بالا و عدم سمیت قابل توجه نمونه N-CQDs سنتز‌شده تا غلظت‌های µg/mL ۵۰۰ با نرخ زنده‌مانی بیش از 80 درصد پس از 48 ساعت می‌باشد. در مجموع، نمونه‌ N-CQDs  سنتز شده از ویژگی‌های نوری مناسب و پایداری زیستی مطلوبی برخوردار بوده و قابلیت استفاده در کاربردهای زیست‌پزشکی نظیر تصویربرداری زیستی را دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Biocompatibility Assessment of Nitrogen-Doped Carbon Quantum Dots Prepared by a Hydrothermal Method

نویسندگان English

Fateme Naderi movahed 1
Kourosh Rahimi 2
1 Department of Condensed Matter Physics, Faculty of Physics, Alzahra University, Tehran, 19938-93973, Iran
2 Department of Condensed Matter Physics, Faculty of Physics, Alzahra University, Tehran, 19938-93973, Iran
چکیده English

Abstract: In this study, a suspension of nitrogen-doped carbon quantum dots (N-CQDs) was synthesized via a hydrothermal method at 180 °C, utilizing citric acid and urea as carbon and nitrogen precursors, respectively. Dynamic Light Scattering (DLS) analysis revealed that the particle size distribution was predominantly within the range of 2–7 nm. Elemental mapping and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) confirmed the uniform distribution of carbon and nitrogen throughout the sample. The ultraviolet-visible (UV-Vis) absorption spectrum exhibited a distinct peak at 300 nm and an absorption edge at 363 nm. Photoluminescence (PL) spectroscopy demonstrated excitation-dependent emission behavior; specifically, the emission peak of N-CQDs shifted from 412 nm to 473 nm as the excitation wavelength increased from 300 nm to 400 nm. Biocompatibility assessment using the MTT assay on the MDA-MB-231 breast cancer cell line indicated high biocompatibility and negligible cytotoxicity of the synthesized N-CQDs. Notably, a cell viability rate of over 80% was maintained at concentrations up to 500 µg/mL after 48 hours of incubation. In conclusion, the synthesized N-CQDs possess favorable optical properties and substantial biological stability, suggesting their potential suitability for biomedical applications, particularly bioimaging.

کلیدواژه‌ها English

Nitrogen-doped Carbon Quantum Dots (N-CQDs)
Hydrothermal Synthesis
Photoluminescence
Biocompatibility
MTT Assay
Bioimaging
[1] E. Heer, Y. Ruan, N. Mealey, M. L. Quan, D. R. Brenner, “The incidence of breast cancer in Canada 1971–2015: trends in screening-eligible and young-onset age groups,” Canadian Journal of Public Health, 111, 787–793, 2020. https://doi.org/10.17269/s41997-020-00305-6
[2] F. Kazeminava, S. Javanbakht, Z. Latifi, M. Rasoulzadehzali, M. Abbaszadeh, B. Alimohammadzadeh, M. Mahdipour, A. Fattahi, M. Nouri, H. Hamishehkar, “Ultrasound-assisted encapsulating folic acid-based carbon quantum dots within breast cancer cell-derived exosomes as a co-receptors-mediated anticancer nanocarrier for enhanced breast cancer therapy,” Scientific Reports, 14, 16941, 2024. https://doi.org/10.1038/s41598-024-67934-6
[3] C. Fang, M. Zhang, “Nanoparticle-based theragnostics: Integrating diagnostic and therapeutic potentials in nanomedicine,” Journal of Controlled Release, 146, 2, 2010. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2010.05.013
[4] Y. Liu, S. Zeng, W. Ji, H. Yao, L. Lin, H. Cui, X. Li, Y. Li, H. Zhang, G. Pan, “Emerging theranostic nanomaterials in diabetes and its complications,” Advanced Science, 9, 2102466, 2022. https://doi.org/10.1002/advs.202102466
[5] S. Samimi, M. S. Ardestani, F. A. Dorkoosh, “Preparation of carbon quantum dots-quinic acid for drug delivery of gemcitabine to breast cancer cells,” Journal of Drug Delivery Science and Technology, 61, 102287, 2021. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2020.102287
[6] H. Liu, X. Zhong, Q. Pan, Y. Zhang, W. Deng, G. Zou, P. Chen, Z. Zhang, X. Ji, “A review of carbon dots in synthesis strategy,” Coordination Chemistry Reviews, 498, 215468, 2024. https://doi.org/10.1016/j.jccr.2023.215468
[7] K. Naik, S. Chaudhary, L. Ye, A. S. Parmar, “A strategic review on carbon dots for cancer-diagnostics and treatment,” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10, 882100, 2022. https://doi.org/10.1038/fbioe.2022.882100
[8] K. D. Patel, R. K. Singh, H. W. Kim, “Carbon-based nanomaterials as an emerging platform for theranostics,” Materials Horizons, 6, 434–469, 2019. https://doi.org/10.1039/C8MH00966J
[9] H. Saljoughi, F. Khakbaz, M. Mahani, “Synthesis of folic acid conjugated photoluminescent carbon quantum dots with ultrahigh quantum yield for targeted cancer cell fluorescence imaging,” Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 30, 101687, 2020. https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2020.101687
[10] Y. Sun, S. Zheng, L. Liu, Y. Kong, A. Zhang, K. Xu, C. Han, “The cost-effective preparation of green fluorescent carbon dots for bioimaging and enhanced intracellular drug delivery,” Nanoscale Research Letters, 15, 55, 2020. https://doi.org/10.1186/s11671-020-3288-0
[11] L. J. Desmond, A. N. Phan, P. Gentile, “Critical overview on the green synthesis of carbon quantum dots and their application for cancer therapy,” Environmental Science: Nano, 8, 848–862, 2021. https://doi.org/10.1039/D1EN00017A
[12] C. He, P. Xu, X. Zhang, W. Long, “The synthetic strategies, photoluminescence mechanisms and promising applications of carbon dots: Current state and future perspective,” Carbon, 186, 91–127, 2022. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.10.002
[13] R. Ghasemi Chaleshtori, S. Manouchehri, A. Arab, “Nanoparticle size effect investigation of nitrogen-doped carbon dots with their fluorescence properties,” Nanomeghyas, 8, 86–92, 2018.
[14] V. Strauss, H. Wang, S. Delacroix, M. Ledendecker, P. Wessig, “Carbon nanodots revised: the thermal citric acid/urea reaction,” Chemical Science, 11, 8256–8266, 2020. https://doi.org/10.1039/D0SC01605E
[15] H. Zhang, G. Wang, Z. Zhang, J. H. Lei, T. M. Liu, G. Xing, J. Qu, S. Qu, “One step synthesis of efficient red emissive carbon dots and their bovine serum albumin composites with enhanced multi-photon fluorescence for in vivo bioimaging,” Light: Science & Applications, 11, 113, 2022. https://doi.org/10.1038/s41377-022-00798-5
[16] H. B. Sousa, C. S. Martins, J. A. Prior, “You don’t learn that in school: an updated practical guide to carbon quantum dots,” Nanomaterials, 11, 611, 2021. https://doi.org/10.1039/nano11030611
[17] D. T. Vistica, P. Skehan, D. Scudiero, A. Monks, A. Pittman, M. R. Boyd, “Tetrazolium-based assays for cellular viability: a critical examination of selected parameters affecting formazan production,” Cancer Research, 51, 2515–2520, 1991.
[18] H. Qi, L. Qiu, X. Zhang, T. Yi, J. Jing, R. Sami, D. A. El-Hady, A. O. Al-Ghamdi, M. M. Rahman, “Novel N-doped carbon dots derived from citric acid and urea: fluorescent sensing for determination of metronidazole and cytotoxicity studies,” RSC Advances, 13, 2663–2671, 2023. https://doi.org/10.1039/D2RA07150A
[19] C. J. Reckmeier, J. Schneider, Y. Xiong, J. Häusler, P. Kasák, W. Schnick, A. L. Rogach, “Aggregated molecular fluorophores in the ammonothermal synthesis of carbon dots,” Chemistry of Materials, 29, 10352–10361, 2017. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b03344
دوره 12، شماره 3
پاییز 1404
صفحه 391-398

  • تاریخ دریافت 25 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 04 خرداد 1405