通过苯胺延展并富含石墨烯与氮来工程化近红外II碳点，用于肝胆诊疗一体化

看得更深：窥见肝脏内部

外科医生和临床医生越来越依赖发光染料来观察体内隐匿结构，尤其是在肝脏与胆囊的精细手术中。但现有染料在厚组织中透光性差，可能漏检微小泄漏或疾病早期迹象。本研究提出了一类新的微小发光颗粒——碳点，它们既能以前所未有的细节点亮胆道，又能辅助治疗肝脏瘢痕，为更安全的手术与更早的治疗工具提供了前景。

由常见芳环构建的微小光源

研究者着手改造碳点，使其发光落在所谓的“第二近红外窗口（NIR-II）”，该波段较可见光能更深、更清晰地穿透生物组织。团队以与苯胺相关的简单环状分子为出发点，将其连接成逐步延伸的框架。在与硒脲的一锅加热过程中，这些框架碳化形成三种碳点（CDs‑1、CDs‑2 和 CDs‑3），其发光可从可见的蓝绿色调被调控到深近红外。电子显微镜和光谱学分析表明，随着碳点的生长，内部出现更多有序的类石墨烯片段，并且特定形式的氮含量显著增加。

结构如何将颜色推向深红外

为了解发光为何向更长波长迁移，团队将精细测量与计算模拟结合。通过逐步增加苯胺单元，前驱体分子内部的给电子区与受电子区分离增强，分子偶极矩增大，使电子更易在结构内迁移，从而降低了电子态之间的能隙。在碳化过程中，类石墨烯域扩大，并且一种称为吡咯氮的氮类型累计增加。建模显示，这些特征进一步拓宽了电子传导通道并缩小了能隙，降至远低于常规染料的数值，从而将发射推入NIR‑II 区域。在CDs‑3 中，这产生了约1080和1265纳米的强发射峰——这一波段在本征碳材料中极为罕见。

照亮胆道并发现隐匿泄漏

凭借这些光学特性，科学家测试了CDs‑3 是否能改善胆囊与胆道成像——这些结构在腹腔镜手术中易受损。在人体胆囊组织模型和动物实验中，碳点被分泌进胆汁并产生明亮的NIR‑II 信号，在覆盖多达15毫米的组织上仍然可见——远超过医院常用染料吲哚菁绿约2毫米的穿透深度。通过不同的光学滤镜，研究者可以清晰勾勒正常胆道、定位结扎造成的狭窄，并检测胆汁渗入周围组织的小型泄漏。信噪比和图像清晰度足以解析亚毫米级特征，表明此类探针可为外科医生提供实时且更可靠的胆管树地图。

从诊断到干预肝脏瘢痕

由于肝病往往由过量的活性氧物种驱动——这些高度反应性的分子会损伤细胞并促进瘢痕形成，团队进一步探讨了治疗角度。其碳化配方包含含硒的硒脲和富电子的苯胺结构，自然赋予CDs‑3 强抗氧化性能。为更有针对性地引导碳点至形成瘢痕的肝细胞，研究者用一种可生物降解聚合物包覆碳点，该聚合物带有靶向肝星状细胞的短肽。所得复合体称为CDs‑3@pPB，形成约100纳米的颗粒，适合在肝脏富集。这些颗粒在聚集时呈暗态，但在像纤维化组织那样的氧化性富集环境中会解聚、增亮并释放活性碳点——将高氧化应激既作为治疗触发机制，又作为增强成像信号的开关。

延缓并揭示肝纤维化

在细胞培养中，CDs‑3@pPB 可猝灭多种活性氧物种并保护肝细胞免受氧化损伤。在活化的星状细胞中，它比参照的肝药水飞蓟素更有效地降低关键的瘢痕标志物并抑制细胞增殖。在由毒性化学物质诱导的鼠类肝纤维化模型中，接受治疗的动物显示肝表面更平滑、血液酶学指标改善、胶原沉积减少且活化星状细胞更少，相较于未处理对照组更为明显。重要的是，使用CDs‑3@pPB 的NIR‑II 成像在受损肝脏中显示出比健康肝脏更强的信号，能够在无需侵入性活检的情况下追踪细胞死亡与瘢痕形成，而安全性研究显示副作用极少且随时间能有效清除。

对患者意味着什么

总体来看，这项工作表明，经过精心工程化的碳点既能作为深穿透的光源，又能作为肝胆系统的主动药物。通过调整分子构建块与碳化条件，作者创造了其颜色迁移源自内部结构演化而非外加染料的NIR‑II 探针。CDs‑3 可在手术中更清晰地显像胆道与泄漏，而其肝靶向衍生物CDs‑3@pPB 在前临床模型中既能揭示又能缓解肝纤维化。尽管在用于人类之前仍需进一步研究，这一方法描绘了一条通向微小、智能颗粒的路线，可在同一步骤中帮助医生看清并修复肝脏疾病。

引用: Yang, L., Li, M., Peng, Y. et al. Engineering NIR-II carbon dots through aniline extension with graphene and nitrogen enrichment for hepatobiliary theranostics. Nat Commun 17, 3336 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70150-7

关键词: 近红外成像, 碳点, 胆道手术, 肝纤维化, 纳米诊疗学