DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46668-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38491012
تاريخ النشر: 2024-03-15
المؤلف: Guangsong Zheng وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد المتلألئة والفوسفورية
طرق
في قسم الطرق، تم الحصول على جميع المواد الكيميائية والمركبات المستخدمة في الدراسة من ماكلين، باستثناء المواد المحددة، وتم استخدامها دون تنقية إضافية. تم الحصول على المادة النباتية، سولانوم نيجروم L، من شركة بوزهو كانغ يي يين للتكنولوجيا الحيوية المحدودة. وهذا يشير إلى الاعتماد على المواد المتاحة تجارياً لضمان إمكانية التكرار والتوحيد في الإجراءات التجريبية.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تسلط الدراسة الضوء على اتجاهات محددة، مثل زيادة المتغير $X$ التي تؤدي إلى زيادة متناسبة في المتغير $Y$، والتي يمكن نمذجتها بواسطة المعادلة $Y = kX + b$، حيث يمثل $k$ الميل و$b$ تقاطع المحور y. تشمل النتائج أيضًا تمثيلات رسومية توضح هذه العلاقات، مما يوفر تأكيدًا بصريًا للبيانات الكمية. بشكل عام، تسهم النتائج في فهم أعمق للآليات الأساسية المعنية وتقترح آثارًا محتملة للبحث المستقبلي في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تخليق نقاط الكربون (CDs) المنبعثة من الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) باستخدام طريقة حرارية بالمذيب مع سولانوم نيجروم L كمواد سابقة. كانت نسبة إنتاج الـ CDs حوالي 1.35%، والتي يمكن تحسينها عن طريق تحسين غرفة التفاعل. تم إنتاج أحجام مختلفة من الـ CDs عن طريق تغيير درجات حرارة التفاعل، مما أدى إلى انبعاثات فلورية ووهج بعدي مميزة. أكدت تقنيات التوصيف مثل المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، والمجهر الذري (AFM)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، وطيف الإلكترون الضوئي للأشعة السينية (XPS)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) شكل الـ CDs، وتركيبها العنصري، والمجموعات الوظيفية. من الجدير بالذكر أن الـ CDs أظهرت قمم فلورية حول 670 و720 نانومتر، مع عوائد كمومية للضوء الفلوري تبلغ 28.7%، 31.8%، و31.0% لأحجام مختلفة. استمر انبعاث الوهج بعدي لأكثر من 4 ساعات، مما يدل على خصائص تعتمد على الحجم وآلية انبعاث فريدة مرتبطة بعمليات الأكسدة الناتجة عن الضوء.
تم توضيح آلية انبعاث الوهج بعدي بشكل أكبر، مما كشف أن إشعاع الضوء أدى إلى تغييرات هيكلية في الـ CDs، مما زاد من قابليتها للذوبان في الماء وغير من خصائصها الفيزيائية الضوئية. حددت الدراسة عملية أكسدة ضوئية حيث ساهمت الأنواع التفاعلية من الأكسجين (ROS) في تشكيل وسائط الديوكسان، مما أدى إلى انبعاثات وهج بعدي طويلة الأمد. دعمت حسابات نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) الآلية المقترحة، مشيرة إلى أن الـ CDs الأكبر حجمًا أظهرت معدلات أكسدة أبطأ، مما أدى إلى إطالة عمر الوهج بعدي. بالإضافة إلى ذلك، حسنت التعديلات المحبة للماء باستخدام Pluronic F127 من قابلية ذوبان الـ CDs في الماء واستقرارها، مما جعلها مناسبة للتطبيقات البيولوجية. أظهرت التقييمات الحية توافقًا حيويًا وقدرات استهداف الأورام للـ CDs المعدلة، مما يؤكد إمكانياتها للتطبيقات الطبية الحيوية، لا سيما في مجالات التصوير الحيوي والسياقات العلاجية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46668-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38491012
Publication Date: 2024-03-15
Author(s): Guangsong Zheng et al.
Primary Topic: Luminescence and Fluorescent Materials
Methods
In the Methods section, all chemicals and reagents utilized in the study were sourced from Macklin, with the exception of specified materials, and were employed without additional purification. The plant material, Solanum nigrum L., was obtained from Bozhou Kangyiyin Biotechnology Co., Ltd. This indicates a reliance on commercially available substances to ensure reproducibility and standardization in the experimental procedures.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Additionally, the study highlights specific trends, such as an increase in variable $X$ leading to a proportional increase in variable $Y$, which can be modeled by the equation $Y = kX + b$, where $k$ represents the slope and $b$ the y-intercept. The results also include graphical representations that illustrate these relationships, providing a visual confirmation of the quantitative data. Overall, the findings contribute to a deeper understanding of the underlying mechanisms at play and suggest potential implications for future research in the field.
Discussion
In this study, near-infrared (NIR) emitting carbon dots (CDs) were synthesized using a solvent thermal method with Solanum nigrum L as a precursor. The production yield of the CDs was approximately 1.35%, which could be enhanced by optimizing the reaction chamber. Various sizes of CDs were produced by altering reaction temperatures, resulting in distinct fluorescence and afterglow emissions. Characterization techniques such as transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy confirmed the CDs’ morphology, elemental composition, and functional groups. Notably, the CDs exhibited fluorescence peaks around 670 and 720 nm, with photoluminescence quantum yields of 28.7%, 31.8%, and 31.0% for different sizes. The afterglow emission lasted over 4 hours, demonstrating size-dependent characteristics and a unique emission mechanism linked to photo-induced oxidation processes.
The mechanism of afterglow emission was further elucidated, revealing that light irradiation induced structural changes in the CDs, enhancing their hydrophilicity and altering their photophysical properties. The study identified a photooxidation process where reactive oxygen species (ROS) facilitated the formation of dioxetane intermediates, leading to long-lasting afterglow emissions. Density functional theory (DFT) calculations supported the proposed mechanism, indicating that larger-sized CDs exhibited slower oxidation rates, resulting in prolonged afterglow lifetimes. Additionally, hydrophilic modifications using Pluronic F127 improved the water solubility and stability of the CDs, making them suitable for biological applications. In vivo assessments demonstrated the biocompatibility and tumor-targeting capabilities of the modified CDs, confirming their potential for biomedical applications, particularly in bioimaging and therapeutic contexts.