目前文献报道认为CDs的细胞毒性较低，但相关研究多在黑暗条件下开展，而CDs的应用跟光照密切相关。有鉴于此，缪爱军、张效伟、韦斯团队通过自主合成和商业购买获得多种典型CDs，深入研究CDs的光降解过程与机理，探讨其光解后的细胞毒性与分子机制，并鉴定相关降解产物。
CDs光降解示意图
研究发现，CDs在光照条件下发生显著降解，光强越强、光波长越短、温度及pH越高其降解速度越快，该降解过程主要由光照产生的羟基与烷基自由基所导致。与此同时，CDs的细胞毒性随着光降解时间的增加而增强。通过比较降解后的CDs总悬浮液、降解后的小分子产物、降解后的CDs颗粒三者毒性的差异，研究团队发现CDs的光降解毒性主要源于其降解后的小分子产物。
研究团队采用一种新型的毒理基因组学方法，以浓度依赖的方式分析了对CDs做出反应的1200个人类基因，通过简化人类转录组（RHT）建模，确定了CDs光降解毒性的分子途径。将RHT谱中的基因和途径与比较毒物基因组数据库进行对比，进一步发现关键毒物可能具有高不饱和度，并含有苯环、羰基或羟基等结构。
考虑到降解产物对细胞毒性的主要贡献，研究团队随后通过高通量非靶向质谱分析技术，鉴定了CDs降解产物的结构，并使用分子关联网络与群落分析可视化CDs降解产物与细胞毒性的相关性，共识别出1431种物质，其中499种与细胞毒性相关。该研究结果揭示了CDs的光降解细胞毒性与内在机理，对今后CDs的合成与安全评估有重要指导意义。
该成果以“Photodegradation of carbon dots cause cytotoxicity”为题发表于Nature Communications（2021, 12: 812）。南京大学环境学院博士生刘月月、副研究员于南洋、博士生方文迪为该论文的共同第一作者，南京大学环境学院缪爱军教授、张效伟教授、韦斯副教授为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、国家海洋公益性行业科研专项、南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划B等项目的资助！
