荧光碳点（FCD）是一种新兴的纳米材料，由碳源制成，被誉为传统半导体量子点（QD）的潜在无毒替代品。特别是在活体成像和药物递送领域，由于它们的水溶性，低毒性和光化学稳定性。碳水化合物在本质上是容易获得的手性生物分子，其提供有吸引力且廉价的起始材料，从中合成具有不同特征和有趣应用的FCD。这篇小型综述文章将介绍从碳水化合物来源开发的FCD的发展进展，重点是其合成，功能化和技术应用，包括对当前挑战的讨论。
关键词： 荧光碳点; 单糖; 纳米材料; 纳米技术应用; 多糖
近年来，纳米技术应用于生物学和生物医学问题的研究激增[1]。能够携带生物相关分子的功能性纳米材料已经变得非常适用于药物递送，传感和催化，仅举几个应用。因此，纳米材料具有新颖的电子和光学特性，具有可控的尺寸，几何形状，表面分布和功能，已被开发为探测生物相互作用和生物医学应用的材料[2-6]。在这些新型探针中，发光半导体，量子点（QDs）具有窄发射光谱和共同激发，与有机荧光团相比具有优异的光稳定性和电子密度，除了明亮的可见光发射外，已经变得特别受欢迎。作为非同位素检测标记的多功能性，适用于活细胞成像和免疫分析应用[7]。特别是，基于镉的QD（例如，CdS，CdSe，CdSe / ZnS）由于其完善的合成和功能化策略，可调节的发射谱和荧光的高量子产率（QYs）而常用于体外生物学研究[ 8-11]。但是，存在重金属如Cd 2+以及围绕重金属毒性的相关问题意味着它们的体内应用受到限制[12]。因此，开发能够复制QD荧光性质而不显示长期毒性特征的荧光纳米粒子已变得非常相关。
术语碳点（CD）已经被用来描述一类新的碳基纳米材料，它们通常是离散的准球形纳米颗粒，其直径通常小于10纳米（尽管最近报道了更大的尺寸）。这些相对较新的纳米材料由于其独特的可调光致发光（PL）特性，化学惰性，高水溶性，易于制造和低成本制造而在光学和电催化，化学传感，生物传感，生物成像和纳米医学领域中发现了许多应用。更重要的是，低毒性。后者使这些荧光纳米材料在广泛的体内应用中具有吸引力，这一直是近期评论的主题[13-15]。继徐等人偶然发现之后。在单壁碳纳米管（SWCNTs）的分离和纯化过程中[16]，获得这些荧光纳米材料的合成方法的发展与其无数的应用相结合，导致CD被誉为传统的潜在无毒继承者半导体量子点，特别是在实时成像和药物输送领域。
访问CD的综合方法可分为两大类：自上而下或自下而上的合成。自上而下的方法的特征在于使用块状碳基质作为起始材料; 使用从大块衬底去除纳米颗粒的条件，例如电化学，化学氧化，电弧放电或激光烧蚀，可以获得碳基纳米颗粒。使用的典型基材是单壁/多壁碳纳米管，石墨，石墨烯或蜡烛烟灰等[15,17]。自上而下衍生的CD的结晶组成通常具有高sp 2特征，其从sp 2转移富含的起始材料，例如石墨或石墨烯。相反，自下而上的方法依赖于使用分子前体，该分子前体可以以种植CD的形式的方式进行处理。典型的起始材料包括氨基酸，柠檬酸，生物质和碳水化合物，仅举几例，可以使用热分解，化学或水热氧化，微波，酸介导的回流，超声波辐射或二氧化硅纳米粒子模板合成进行反应[18- 23]。与其自上而下的等价物不同，从这些方法衍生的CD通常较少sp 2结晶并倾向于具有更多的无定形形态。应该指出，没有两种CD制剂导致相同类型的纳米颗粒，因为起始材料的比例和组成，添加剂，溶剂，温度，容器类型等的任何变化都会对最终分子产生影响。 CD的组成和架构。结果，通过对CD合成的微小操作可以容易地获得微分特性。到目前为止，用于高级应用的自下而上合成CD的从头合理设计在文献中是有限的。
碳水化合物是自然界中最多样化和最重要的一类生物分子之一，并提供明确定义的手性支架，用于在异头位置和醇官能团处进行修饰。因此，使用碳水化合物作为合成CD的起始材料极具吸引力，不仅因为它们的丰富性，可用性和异质性，而且还因为它们具有高水溶性，低碳化温度，低成本和通常固有的缺乏毒性。有了所有这些可用于调整CD合成的选项，研究人员在考虑合成具有改进性能的新型FCD时已经开始看到碳水化合物的益处就不足为奇了。例如，简单的单糖如葡萄糖，葡糖胺，甘露糖，果糖及其衍生物和常见的二糖，例如葡萄糖。[13,24]。类似地，重要的基于碳水化合物的生物聚合物，例如纤维素，几丁质，壳聚糖，葡聚糖，环糊精和透明质酸，其不仅在元素组成方面不同，而且在化学 - 物理性质方面也不同，也已成功地用于制备CD，他们的差异允许裁剪CD结构和属性[25]。
在本综述中，我们重点介绍了使用单糖，寡糖和多糖作为主要碳源制备荧光CD的最新方法。