石墨烯基纳米材料在生物成像中的应用总结与展望

在本章中，笔者总结了各种石墨烯基纳米材料作为成像造影剂用于不同的生物成像应用。对于荧光成像，染料、光敏剂等无机纳米材料功能化的GO／rGO已被广泛使用。由于其固有的光致发光，GQD及其衍生物也已被用于单光子和双光子荧光成像。具有固有的强烈拉曼信号的GO已用于拉曼成像，可通过复合金属纳米颗粒（Au或Ag）来进一步增强拉曼散射以提高成像的灵敏度。此外，放射性核素标记的GO可用于PET和SPECT成像。顺磁性金属离子或IONP功能化的GO／rGO可用于MRI。在NIR区具有强的光吸收的rGO或被修饰的GO可用于PAI。含有高原子序数元素的纳米颗粒可以与GO结合以用于X射线CT成像。通过将具有特定性能的其他材料结合到GO或GQD上，可以实现多模态成像。总之，基于石墨烯的纳米材料在生物成像中表现出了巨大的应用潜力。

对于生物成像应用，石墨烯基纳米材料的作用日益彰显。第一，它们固有的荧光发射、拉曼散射和NIR吸收使它们可以作为成像造影剂；第二，因为它们具有两个易于接触的面、超大的比表面积，可以通过物理吸附、范德瓦耳斯力、静电吸附或电荷转移等相互作用方式，与药物、染料、光敏剂和其他无机纳米材料结合，制备各种复合探针；第三，因为它们灵活的、两亲性的结构，使得它们适用于包裹不溶性纳米颗粒，从而改善纳米颗粒的水溶性、稳定性和生物相容性，以防止纳米颗粒在生物体中的聚集、降解或毒副反应；第四，作为基本的结构单元，它们超大的比表面积和多样的表面功能化方法使得合成各种石墨烯基复合材料成为可能，为新材料的构建开辟了新的途径[2，3]。(www.xing528.com)

在石墨烯基材料广阔的生物成像应用前景下，也存在着一些挑战。为了进一步提高石墨烯基材料在生物成像应用中的性能，精确控制其尺寸、成分和表面性质是至关重要的，从而使不同批次材料间的差异最小化。例如，如何获得统一大小和分布的GO？此外，石墨烯基造影剂的分子结构的设计也是非常重要的，例如，如何控制荧光基团与GO／rGO之间的距离？这对于防止石墨烯片上荧光团的荧光猝灭很关键。另外，如何提高荧光成像中GO和GQD的量子产率？对于PET／SPECT成像，如何提高放射性核素在GO上的标记效率和代谢稳定性？对于MRI，如何进一步提高石墨烯基MRI造影剂的弛豫率？对于PAI，如何进一步增强近红外区石墨烯基造影剂的吸光度？总体而言，石墨烯基纳米材料造影剂的临床转化还有很长的路要走。