牙齿染色是一项常见的牙齿健康挑战。传统的牙齿美白技术由于使用生物不相容的美白试剂和持续的强光照射，经常导致牙釉质损伤和软组织毒性。

在本研究中，华南师范大学刘智明副研究员、华南农业大学胡超凡副教授和解放军南方战区总医院Haolin Chen等人提出了一种用于牙齿美白的“余辉”光动力疗法（aPDT），该疗法通过系间窜跃的能量转换途径实现。aPDT对染料的降解效率在所有情况下都可高于95%，因此它可以彻底美白牙齿，消除牙釉质深处的污渍，而不会破坏牙釉质结构和引起任何组织毒性。本研究阐明了aPDT在牙齿美白方面的优越性，以及探索碳点基纳米结构在治疗口腔疾病中的潜力。相关工作以“Afterglow” Photodynamic Therapy Based on Carbon Dots Embedded Silica Nanoparticles for Nondestructive Teeth Whitening”为题发表在ACS Nano。

【文章要点】

碳点是一种由内部碳核和表面官能团组成的碳纳米材料。（24−27）由于sp2碳核的存在，它们被认为是光动力治疗的光敏剂。然而，目前用于PDT的CDs通常必须通过连续照射来刺激，这无法显著增加ROS的寿命并在黑暗条件下维持ROS的产生。先前的工作已经发现，嵌入二氧化硅纳米颗粒中的碳点(CDs@SiO₂)可产生延迟荧光（TADF）或磷光（Phos）。此外，二氧化硅可以有效地保护三线电子免受热运动等因素的损伤。在激发光照射下，由于光能吸收，激子从基态（S0）被激发到激发态（S1），而嵌入二氧化硅的碳点可以在关闭激发光后通过系间窜跃（ISC）使能量从S1转变为激发的三重态（T1）。之后，随着磷光发光或延迟荧光的产生，通过从S1到S0或从T1到S0的辐射弛豫可释放能量。这表明，在ISC之后，一些能量可以通过电子转移和能量转移用于产生ROS，从而延长活性氧的产生，并实现余辉光动力疗法（aPDT）。基于此，作者将两种类型的碳点嵌入二氧化硅纳米颗粒(PCDs@SiO₂和FCDs@SiO₂)，从而设计为分别产生磷光或延迟荧光（图1）。

图1 材料制备及其作用示意图

研究发现，这两种纳米颗粒都可以通过ISC产生ROS，并可以有效延长ROS产生的半衰期。研究证明了单次光激发后产生ROS的时间与余辉持续时间一致。二者都可以在不破坏牙齿珐琅质结构和周围软组织的情况下有效美白牙齿，并且可以实现余辉光动力效果，表明了该策略的普遍性（图2）。因此，这种ROS余辉策略可以为牙齿的无损光美白提供全新的见解。

图2 无损牙齿美白

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c05116