许多的眼部疾病，如年龄相关性黄斑变性、糖尿病视网膜病变、细菌性角膜炎等，需要长期频繁给药，以控制病程进展，维持视力。这类疾病治疗进展的局限性之一在于药物递送，由于眼部独特的屏障结构，常规药物难以在病灶保持治疗浓度^[4]。玻璃体内注射是眼底疾病的治疗的主要给药方式，临床上常通过重复的IVT给药以维持药效，该给药方式需要专业人员操作下使用，且存在眼痛、眼内炎、视网膜脱离等不良反应，操作成本高、患者身心负担大。因此，迫切需要开发新的眼部药物递送载体。

       纳米材料一直是眼部药物递送载体的研究热点，金属纳米材料研究起步较早，但因为潜在的安全问题受到限制。大量体内实验已表明，金属纳米颗粒的积累可诱导多种器官毒性，包括脑、心脏、肺、肝脏、皮肤、肾脏和生殖器官^[5-8]。而目前大多数研究认为，碳点仅有低毒性，甚至无毒^[9-10]。碳点具有高稳定性、低毒性和良好的生物相容性、与生物分子相当的尺寸、成本低等优点，可以穿透体内各种天然屏障，对深层组织进行靶向成像，在眼部疾病，尤其是眼后节疾病的治疗上拥有极大的潜力^[11-13]。

       迄今，碳点的所有论文中，关于碳点在生物领域的应用的总结的文章层出不穷，而在眼科疾病诊疗中的总结性文章较少。在这篇综述中，我们对碳点的特点及近十年生物学领域的应用进行了总结讨论，重点总结了碳点在眼科疾病的诊疗方向的报道，希望这篇综述能够帮助人们了解碳点在眼科方面的应用现状。

1 碳点

1.1 碳点的结构

       碳点和功能化碳点颗粒的直径一般小于10 nm，具有sp2和sp3杂化共轭碳和官能团或聚合物组成的核壳结构，易于修饰，各种官能团(如-OH、-COOH、-NH2)、杂原子掺杂后可能会改变碳点的性质，包括提高量子产率、改变发射波长和调整发光颜色^[14]。含氧官能团使大多数碳点表现出高水溶性和稳定性。

1.2 碳点的合成方法

       目前碳点的制备方法主要分为“自上而下”和“自下而上”两类。最初的碳点合成原料仅限于碳质原材料，近年来为了追求成本效益，越来越多的绿色前体如水果、植物等开始作为原材料用于碳点的绿色合成。在合成过程中或者合成结束后，可以通过掺杂杂原子、官能团或者表面钝化对碳点进行修饰。

       1.2.1 自上而下

       在自上而下的方法中，碳点可以通过激光烧蚀、电弧放电、化学消融、电化学剥离等方法，将大块碳前体分解成直径小于10 nm的量子点，该类方法是一种简单快速的制备方法，但存在碳点形态尺寸不均匀、成本高等缺点。如激光烧蚀法，是通过激光照射碳原料合成碳点，合成过程简单，但是制备过程需要大量碳原材料，且所得碳点尺寸不均一。化学消融法是通过强氧化酸烧蚀，把碳原料分解为颗粒的一种方法。该法所得的碳点具有多色发射和无毒的特点，适合生物医学领域的碳点制备。^[15]近年来，研究者通过电化学的方法，以碳材料为阳极电极，在电解质水溶液中通过静电刺激剥离出碳点，实现了碳点可控尺寸的大规模化生产^[16-17]。

       1.2.2 自下而上

       下而上的方法包括热解、燃烧、水热、微波、沉淀和超声处理等，将简单碳前体，如柠檬酸、果糖、葡萄糖、壳聚糖，逐渐脱水、聚合、碳化、钝化成碳点。水热法具有环保、经济的优点，可以大量合成无毒、高量子产率且尺寸均匀的碳点，但是此法耗时较长。微波法同样环保、节能，且合成速度快，但是制备成本较高。

       总的来说，各种合成方法都存在不同的优缺点，相比之下，自下而上的合成方法与自上而下相比，更环保、合成速度更快、成本更低、尺寸更均匀^[18]。

1.3 碳点的属性

       1.3.1 光学特点

       碳点因其独特的光学特性受到关注，随着人们对碳点荧光发光机制的理解不断深入，碳点的特性也得到不断优化。

       大多数碳点在280~360 nm的紫外区域表现出较强的吸光度，延伸到可见光区域。碳点的尺寸、反应温度、表面官能团化和合成模式似乎会影响吸收波长。

       光致发光(Photoluminescence Spectroscopy,PL)指分子在被入射光子激发到更高的能级后，又重新恢复到稳定能级时发射光子现象，是碳点的重要特性，使其在生物传感、生物成像中存在巨大潜力。由于其独特的电子结构，碳点表现出可调的光学特性。通过增加碳点直径，发射光谱有向红光迁移的趋势，且表面官能团发生钝化^[19-20]。氧化、还原或调整表面官能团的浓度会改变功能性碳点的发射强度和发光颜色^[21-22]。杂原子掺杂是改变碳点光致发光性的重要手段。由于氮的高电子亲和力，氮掺杂碳点后，PL光谱向短波长红光迁移，强度增加；而硼掺杂则会增加碳点发射波长，降低发射光子能量；硫元素掺杂实现了发射光谱蓝移。
      大多数碳点在400~550 nm范围内表现出蓝色或蓝绿色发射，穿透力差、易受组织自发荧光干扰，近年来，越来越多的红光/近红外发射的碳点被合成，以扩展其在成像方面的应用^[23]。部分碳点还表现出优异的上变频光致发光(upconversion photoluminescence,UCPL)性。UCPL是吸收两个或多个长波长光子后，发射出较短波长的一种反斯托克斯现象。该现象减少了自发背景荧光干扰，为细胞成像提供了基础^[24]。

       量子产率(quantum yield,QY)是分子发射的光子数与分子在激发波长下吸收的光子数之比，可以衡量碳点成像效率。目前报告碳点的QY值从1%到94.5%不等^[25-27]。大多数仅由碳和氧组成的碳点产率低，通过还原、钝化和掺杂杂原子可以提高QY^[28-29]。氮元素掺杂最常用于提高碳点的QY，Tiwari等[30]对碳点掺杂了氮元素后，碳点的产率从54.29%提升至89.82%。早期研究认为碳点具有良好的光稳定性，在几小时的激光照射下，碳点的荧光强度没有明显下降^[31-32]。然而，最近也有研究报告了碳点的光漂白现象，即碳点在接受光照射后，发生不同程度的荧光强度下降^[33]。碳点光漂白的程度主要取决于暴露于照射光的持续时间和强度，同时也与氧气浓度和碳点的浓度有关^[33]。

       1.3.2 低毒性

       碳点的毒性与表面电荷等多种因素密切相关。体外细胞学实验发现，即使在高剂量(1 000 mg/L)处理下，也并未检测到碳点显著的细胞毒性^[34]。对小鼠尾静脉注射碳点，进行体内成像和器官离体分析发现，碳点12 h后开始从体内清除，碳点处理组和对照组小鼠全血细胞计数和组织病理分析未检测到差异，即未发现碳点的生物毒性^[35]。

       近年来，一些研究者也对碳点的眼毒性进行了相关的研究。Karakoçak等研究者^[36]发现，在使用体外成像所需的十倍剂量的碳点处理下，视网膜色素上皮细胞、晶状体上皮细胞才出现明显凋亡。Jian等^[37]将碳点微针贴片贴敷于兔眼后，观察碳点对角膜、视网膜是否存在潜在的生物毒性，研究结果未观察到角膜、视网膜的损伤，也再次证明碳点良好的生物相容性。

1.3.3 生物分布、代谢

       确定碳点的生物分布和循环对检测碳点的治疗效果、研究脏器毒性有重要意义。碳点的分布与其表面官能团及与细胞、各种大分子的相互作用有关。各项研究都发现，肾脏是碳点的主要排泄器官^[38-39]。给药方法不同，碳点在体内的清除率也不同，静脉注射清除速度最快，其次是皮下注射和肌内注射^[40]。碳点被细胞通过内吞作用摄取，可能进入活细胞溶酶体内或被细胞质各种酶降解^[41]。

2 碳点在眼科疾病中的应用

       近年来，多种高渗透性的新型药物，如脂质体、金属量子点等，逐渐开始在眼部进行研究，然而，此类药物仍存在成本高、眼毒性等问题。碳点成本低廉、低毒性，又具有独特的物理、化学和生物特性，在眼部具有广阔的应用前景。目前碳点在眼科领域中主要的应用场景包括以下几种。

2.1 眼部成像

       为了降低组织自发蓝色、绿色荧光的干扰，Karakoçak等^[36]合成了具有长波长红色荧光(600~700 nm)的氮掺杂碳点(nCDs)，使用小动物成像仪进行拍摄，发现n-CDs可以对猪眼进行清晰成像，研究提示了碳点在眼部成像中良好的应用前景。

       荧光素眼底血管造影(fundus fluorescein angiography, FFA)是诊断和检查眼科疾病的重要手段，被认为是评估视网膜和脉络膜病变最有用的诊断工具，但FFA的成像依赖于静脉注射荧光素钠，部分患者仍有发生严重并发症的可能。研究者将合成的功能性碳点腹腔注射于小鼠和大鼠后，可清晰呈现出视网膜的血管结构，成像效果与荧光素钠相当^{[37, 45]}。碳点因其成本低廉、荧光稳定、低毒性和出色的生物相容性的特点，有望替代荧光素钠成为眼底血管造影更加安全的造影剂。

2.2 抗菌

       近年来，抗菌纳米材料备受关注，纳米材料的抗菌能力与表面的电荷有关^[46-48]。Wei等^[49]发现带正电荷的碳点可以通过破坏细菌细胞膜发挥显著的杀菌作用。另外，碳点表面丰富的官能团可以促进细菌内源性活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生，碳点还可以通过扩散和静电作用吸附到细胞和真菌的细胞壁，导致细胞代谢障碍。最终在多种作用的影响下，起到抗菌效果。Wang等^[50]使用了金黄色葡萄球菌为模型研究了碳点抗细菌生物膜效应的原理。研究者发现碳点通过与淀粉样蛋白肽的竞争性组装干扰金黄色葡萄球菌生物膜形成。除了增加细菌内源性ROS产生外，一些研究证明，光照可以促进碳点与氧气反应，生成更多的ROS。产生的ROS会对细菌细胞产生非特异性的损伤，最终起到杀菌的作用。 这种现象被称为光动力抗菌，在对抗耐药菌方面有着巨大的应用潜力^[51-52]。
       细菌性角膜炎、真菌性角膜炎是感染性角膜炎的主要类型，治疗不及时或干预不当可导致角膜溃疡、穿孔，甚至视力丧失。目前一线治疗方法是使用广谱抗生素或抗真菌药物辅助以类固醇药物治疗，局部滴眼仍是给药的主要方式。然而多重耐药菌引起的细菌性角膜炎对广谱抗生素治疗效果差，且由于角膜紧密连接的存在，常规抗菌滴眼液停留时间短、穿透性差，生物利用率低。Jian等^[37]设计并合成的亚精胺(spermidine,Spd)掺杂碳点(CQDSpds)，具有产率高、尺寸小(直径约6 nm)和高正电荷的优点，不仅对非多重耐药细菌具有有效的抗菌性能，而且对多重耐药细菌也具有明显的抗菌性。在兔的细菌性角膜炎的治疗中，CQDSpds抗菌效果与市售磺胺甲口恶唑的商用眼药水相当。Chen等^[42]合成的超小带正电荷碳点(SP-CDs)，可以诱导真菌细胞内氧化应激，破坏真菌细胞壁和细胞膜，在低浓度(2.5 μ g/mL)下抑制超90%的真菌生长，在20 μ g/mL下致真菌孢子完全失活。对真菌性角膜炎小鼠进行对比治疗发现，SP-CDs的治疗效果优于临床常用药物伏立康唑。如前所述，带正电的碳点可以暂时诱导角膜上皮细胞紧密连接的开放，促进细胞摄取，比传统抗菌药物更容易进入角膜基质，并长时间驻留^{[37, 42]}。为了进一步提高药物利用效率，Fang等^[53]使用微针贴片封装抗菌碳点，局部施用于细菌性角膜炎模型兔的角膜上，以辅助药物穿透角膜上皮屏障。