Red-Emissive Carbon Dots for Fluorescent, Photoacoustic, and Thermal Theranostics in Living Mice

Advanced Materials

Volumn 27, Issue 28, 2015, Pages 4169-4177

  Ge, Jiechao ^a,b   Jia, Qingyan ^a   Liu, Weimin ^a   Guo, Liang ^a   Liu, Qingyun ^b   Lan, Minhuan ^a   Zhang, Hongyan ^a   Meng, Xiangmin ^a   Wang, Pengfei ^a  

^a TECHNICAL INSTITUTE OF PHYSICS AND CHEMISTRY   (China)

^b SHANDONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

Author keywords

carbon dots; fluorescence imaging; photoacoustic imaging; photothermal therapy; theranositcs

Indexed keywords

INFRARED DEVICES; INFRARED LASERS;

CARBON DOTS; FLUORESCENCE IMAGING; PHOTO-ACOUSTIC IMAGING; PHOTOTHERMAL THERAPY; THERANOSITCS;

FLUORESCENCE;

CARBON; FLUORESCEIN ISOTHIOCYANATE; QUANTUM DOT; REACTIVE OXYGEN METABOLITE;

ANIMAL; CHEMISTRY; CONFOCAL MICROSCOPY; ELECTRON SPIN RESONANCE; HELA CELL LINE; HUMAN; LASER; METABOLISM; MOUSE; NEOPLASMS; PHOTOACOUSTICS; PHOTOTHERAPY; THERANOSTIC NANOMEDICINE;

ANIMALS; CARBON; ELECTRON SPIN RESONANCE SPECTROSCOPY; FLUORESCEIN-5-ISOTHIOCYANATE; HELA CELLS; HUMANS; LASERS; MICE; MICROSCOPY, CONFOCAL; NEOPLASMS; PHOTOACOUSTIC TECHNIQUES; PHOTOTHERAPY; QUANTUM DOTS; REACTIVE OXYGEN SPECIES; THERANOSTIC NANOMEDICINE;

EID: 84937043920     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201500323     Document Type: Article

References (104)

1. a) C. Li, Nat. Mater. 2014, 13, 110
2. b) K. Li, B. Liu, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6570.
3. a) C. Tassa, S. Y. Shaw, R. Weissleder, Acc. Chem. Res. 2011, 44, 842
4. b) L. Jing, K. Ding, S. V. Kershaw, I. M. Kempson, A. L. Rogach, M. Gao, Adv. Mater. 2014, 26, 6367
5. c) Y. Li, T. Y. Lin, Y. Luo, Q. Liu, W. Xiao, W. Guo, D. Lac, H. Zhang, C. Feng, S. Wachsmann-Hogiu, J. H. Walton, S. R. Cherry, D. J. Rowland, D. Kukis, C. Pan, K. S. Lam, Nat. Commun. 2014, 5, 4712
6. d) J. Kim, Y. Piao, T. Hyeon, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 372.
7. a) A. Gaiduk, M. Yorulmaz, P. V. Ruijgrok, M. Orrit, Science 2010, 330, 353
8. b) D. A. Nedosekin, E. I. Galanzha, E. Dervishi, A. S. Biris, V. P. Zharov, Small 2014, 10, 135.
9. a) L. V. Wang, S. Hu, Science 2012, 335, 1458
10. b) C. Kim, C. Favazza, L. V. Wang, Chem. Rev. 2010, 110, 2756
11. c) L. Nie, X. Chen, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 7132.
12. a) J. K. Willmann, N. van Bruggen, L. M. Dinkelborg, S. S. Gambhir, Nat. Rev. Drug Discovery 2008, 7, 591
13. b) A. Maeda, J. Bu, J. Chen, G. Zheng, R. S. DaCosta, Mol. Imaging 2014, 13, 1.
14. a) D. Razansky, M. Distel, C. Vinegoni, R. Ma, N. Perrimon, R. W. Koester, V. Ntziachristos, Nat. Photonics 2009, 3, 412
15. b) G. S. Filonov, K. D. Piatkevich, L. M. Ting, J. Zhang, K. Kim, V. V. Verkhusha, Nat. Biotechnol. 2011, 29, 757.
16. a) E. V. Shashkov, M. Everts, E. I. Galanzha, V. P. Zharov, Nano Lett. 2008, 8, 3953
17. b) S. K. Maji, S. Sreejith, J. Joseph, M. Lin, T. He, Y. Tong, H. Sun, S. W. K. Yu, Y. Zhao, Adv. Mater. 2014, 26, 5633.
18. a) J. F. Lovell, C. S. Jin, E. Huynh, H. Jin, C. Kim, J. L. Rubinstein, W. C. W. Chan, W. Cao, L. V. Wang, G. Zheng, Nat. Mater. 2011, 10, 324
19. b) E. Huynh, J. F. Lovell, B. L. Helfield, M. Jeon, C. Kim, D. E. Goertz, B. C. Wilson, G. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 16464
20. c) C. J. H. Ho, G. Balasundaram, W. Driessen, R. McLaren, C. L. Wong, U. S. Dinish, A. B. E. Attia, V. Ntziachristos, M. Olivo, Sci. Rep. 2014, 4, 5342.
21. a) C. Kim, K. H. Song, F. Gao, L. V. Wang, Radiology 2010, 255, 442
22. b) K. Pu, A. J. Shuhendler, J. V. Jokerst, J. Mei, S. S. Gambhir, Z. Bao, J. Rao, Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 233
23. c) H. Gong, Z. Dong, Y. Liu, S. Yin, L. Cheng, W. Xi, J. Xiang, K. Liu, Y. Li, Z. Liu, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 6492.
24. a) S. M. Janib, A. S. Moses, J. A. MacKay, Adv. Drug Delivery Rev. 2010, 62, 1052
25. b) J. F. Lovell, T. W. B. Liu, J. Chen, G. Zheng, Chem. Rev. 2010, 110, 2839
26. c) T. Lammers, S. Aime, W. E. Hennink, G. Storm, F. Kiessling, Acc. Chem. Res. 2011, 44, 1029
27. d) J. Chen, M. Yang, Q. Zhang, E. C. Cho, C. M. Cobley, C. Kim, C. Glaus, L. V. Wang, M. J. Welch, Y. Xia, Ad. Funct. Mater. 2010, 20, 3684
28. e) E. K. Lim, T. Kim, S. Paik, S. Haam, Y. M. Huh, K. Lee, Chem. Rev. 2015, 115, 327.
29. a) L. Cheng, W. He, H. Gong, C. Wang, Q. Chen, Z. Cheng, Z. Liu, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 5893
30. b) J. Du, R. K. O'Reilly, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 2402
31. c) G. Song, Q. Wang, Y. Wang, G. Lv, C. Li, R. Zou, Z. Chen, Z. Qin, K. Huo, R. Hu, J. Hu, Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 4281
32. d) S. Wang, P. Huang, L. Nie, R. Xing, D. Liu, Z. Wang, J. Lin, S. Chen, G. Niu, G. Lu, X. Chen, Adv. Mater. 2013, 25, 3055
33. e) L. Cheng, C. Wang, L. Feng, K. Yang, Z. Liu, Chem. Rev. 2014, 114, 10869
34. f) G. A. Sotiriou, F. Starsich, A. Dasargyri, M. C. Wurnig, F. Krumeich, A. Boss, J. C. Leroux, S. E. Pratsinis, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 2818
35. g) P. Vijayaraghavan, C. H. Liu, R. Vankayala, C. S. Chiang, K. C. Hwang, Adv. Mater. 2014, 26, 6689
36. h) W. S. Kuo, C. N. Chang, Y. T. Chang, M. H. Yang, Y. H. Chien, S. J. Chen, C. S. Yeh, Angew. Chem. 2010, 122, 2771
37. i) Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2711
38. j) Z. Zha, X. Yue, Q. Ren, Z. Dai, Adv. Mater. 2013, 25, 777.
39. a) M. P. Melancon, M. Zhou, C. Li, Acc. Chem. Res. 2011, 44, 947
40. b) V. Shanmugam, S. Selvakumar, C. S. Yeh, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6254
41. c) X. Song, H. Gong, S. Yin, L. Cheng, C. Wang, Z. Li, Y. Li, X. Wang, G. Liu, Z. Liu, Adv. Funct. Mater 2014, 24, 1194.
42. a) P. Huang, J. Lin, W. Li, P. Rong, Z. Wang, S. Wang, X. Wang, X. Sun, M. Aronova, G. Niu, R. D. Leapman, Z. Nie, X. Chen, Angew. Chem. 2013, 125, 14208
43. b) Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13958
44. c) H. W. Yang, H. L. Liu, M. L. Li, I. W. Hsi, C. T. Fan, C. Y. Huang, Y. J. Lu, M. Y. Hua, H. Y. Chou, J. W. Liaw, C. C. M. Ma, K. C. Wei, Biomaterials 2013, 34, 5651
45. d) J. Hu, X. Zhu, H. Li, Z. Zhao, X. Chi, G. Huang, D. Huang, G. Liu, X. Wang, J. Gao, Theranostics 2014, 4, 534
46. e) P. Huang, P. Rong, J. Lin, W. Li, X. Yan, M. G. Zhang, L. Nie, G. Niu, J. Lu, W. Wang, X. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8307
47. f) L. Jing, X. Liang, Z. Deng, S. Feng, X. Li, M. Huang, C. Li, Z. Dai, Biomaterials 2014, 35, 5814
48. g) Z. Zhang, J. Wang, X. Nie, T. Wen, Y. Ji, X. Wu, Y. Zhao, C. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7317.
49. a) K. Yang, L. Hu, X. Ma, S. Ye, L. Cheng, X. Shi, C. Li, Y. Li, Z. Liu, Adv. Mater. 2012, 24, 1868
50. b) Z. Sheng, L. Song, J. Zheng, D. Hu, M. He, M. Zheng, G. Gao, P. Gong, P. Zhang, Y. Ma, L. Cai, Biomaterials 2013, 34, 5236
51. c) Y. W. Wang, Y. Y. Fu, Q. Peng, S. S. Guo, G. Liu, J. Li, H. H. Yang, G. N. Chen, J. Mater. Chem. B 2013, 1, 5762
52. d) K. Yang, L. Feng, X. Shi, Z. Liu, Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 530
53. e) D. Chen, C. Wang, X. Nie, S. Li, R. Li, M. Guan, Z. Liu, C. Chen, C. Wang, C. Shu, L. Wan, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 6621
54. f) J. W. Kim, E. I. Galanzha, E. V. Shashkov, H. M. Moon, V. P. Zharov, Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 688.
55. a) Z. Zha, S. Zhang, Z. Deng, Y. Li, C. Li, Z. Dai, Chem. Commun. 2013, 49, 3455
56. b) L. Cheng, H. Gong, W. Zhu, J. Liu, X. Wang, G. Liu, Z. Liu, Biomaterials 2014, 35, 9844
57. c) L. Cheng, J. Liu, X. Gu, H. Gong, X. Shi, T. Liu, C. Wang, X. Wang, G. Liu, H. Xing, W. Bu, B. Sun, Z. Liu, Adv. Mater. 2014, 26, 1886
58. d) P. Huang, P. Rong, A. Jin, X. Yan, M. G. Zhang, J. Lin, H. Hu, Z. Wang, X. Yue, W. Li, G. Niu, W. Zeng, W. Wang, K. Zhou, X. Chen, Adv. Mater. 2014, 26, 6401
59. e) Y. Jin, Y. Li, X. Ma, Z. Zha, L. Shi, J. Tian, Z. Dai, Biomaterials 2014, 35, 5795
60. f) G. Tian, X. Zhang, X. Zheng, W. Yin, L. Ruan, X. Liu, L. Zhou, L. Yan, S. Li, Z. Gu, Y. Zhao, Small 2014, 10, 4160
61. g) J. Yu, C. Yang, J. Li, Y. Ding, L. Zhang, M. Z. Yousaf, J. Lin, R. Pang, L. Wei, L. Xu, F. Sheng, C. Li, G. Li, L. Zhao, Y. Hou, Adv. Mater. 2014, 26, 4114.
62. a) S. N. Baker, G. A. Baker, Angew. Chem. 2010, 122, 6879
63. b) Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6726
64. c) H. Li, Z. Kang, Y. Liu, S. T. Lee, J. Mater. Chem. 2012, 22, 24230
65. d) Z. Zhang, J. Zhang, N. Chen, L. Qu, Energy. Environ. Sci. 2012, 5, 8869.
66. a) X. Xu, R. Ray, Y. Gu, H. J. Ploehn, L. Gearheart, K. Raker, W. A. Scrivens, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12736
67. b) J. Zhou, C. Booker, R. Li, X. Zhou, T. K. Sham, X. Sun, Z. Ding, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 744
68. c) H. Li, X. He, Z. Kang, H. Huang, Y. Liu, J. Liu, S. Lian, C. H. A. Tsang, X. Yang, S. T. Lee, Angew. Chem. 2010, 122, 4532
69. d) Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 4430.
70. a) L. Tang, R. Ji, X. Li, G. Bai, C. P. Liu, J. Hao, J. Lin, H. Jiang, K. S. Teng, Z. Yang, S. P. Lau, ACS Nano 2014, 8, 6312
71. b) R. Liu, D. Wu, S. Liu, K. Koynov, W. Knoll, Q. Li, Angew. Chem. 2009, 121, 4668
72. c) Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4598
73. d) X. Yan, X. Cui, L. S. Li, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5944
74. e) S. Zhu, Q. Meng, L. Wang, J. Zhang, Y. Song, H. Jin, K. Zhang, H. Sun, H. Wang, B. Yang, Angew. Chem. 2013, 125, 4045
75. f) Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3953.
76. a) L. Cao, X. Wang, M. J. Meziani, F. Lu, H. Wang, P. G. Luo, Y. Lin, B. A. Harruff, L. M. Veca, D. Murray, S. Y. Xie, Y. P. Sun, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11318
77. b) F. Wang, Z. Xie, H. Zhang, C. Y. Liu, Y. G. Zhang, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1027
78. c) A. Zhu, Q. Qu, X. Shao, B. Kong, Y. Tian, Angew. Chem. 2012, 124, 7297
79. Angew Chem Int Ed. 2012, 51, 7185
80. d) C. Ding, A. Zhu, Y. Tian, Acc. Chem. Res. 2014, 47, 20.
81. a) P. Huang, J. Lin, X. Wang, Z. Wang, C. Zhang, M. He, K. Wang, F. Chen, Z. Li, G. Shen, D. Cui, X. Chen, Adv. Mater. 2012, 24, 5104
82. b) J. Tang, B. Kong, H. Wu, M. Xu, Y. Wang, Y. Wang, D. Zhao, G. Zheng, Adv. Mater. 2013, 25, 6569
83. c) M. Zheng, S. Liu, J. Li, D. Qu, H. Zhao, X. Guan, X. Hu, Z. Xie, X. Jing, Z. Sun, Adv. Mater. 2014, 26, 3554.
84. a) T. N. Hoheisel, S. Schrettl, R. Szilluweit, H. Frauenrath, Angew. Chem. 2010, 122, 6644
85. b) Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6496
86. c) S. Rondeau-Gagne, J. F. Morin, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 85.
87. J. Ge, M. Lan, B. Zhou, W. Liu, L. Guo, H. Wang, Q. Jia, G. Niu, X. Huang, H. Zhou, X. Meng, P. Wang, C. S. Lee, W. Zhang, X. Han, Nat. Commun. 2014, 5, 4596.
88. M. Lan, J. Wu, W. Liu, W. Zhang, J. Ge, H. Zhang, J. Sun, W. Zhao, P. Wang, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6685.
89. a) Y. Dong, H. Pang, H. B. Yang, C. Guo, J. Shao, Y. Chi, C. M. Li, T. Yu, Angew. Chem. 2013, 125, 7954
90. b) Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 7800.
91. a) J. Liang, Y. Jiao, M. Jaroniec, S. Z. Qiao, Angew. Chem. 2012, 124, 11660
92. b) Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 11496.
93. S. Shen, F. Kong, X. Guo, L. Wu, H. Shen, M. Xie, X. Wang, Y. Jin, Y. Ge, Nanoscale 2013, 5, 8056.
94. L. Bao, Z. L. Zhang, Z. Q. Tian, L. Zhang, C. Liu, Y. Lin, B. Qi, D. W. Pang, Adv. Mater. 2011, 23, 5801.
95. a) C. M. Hessel, V. P. Pattani, M. Rasch, M. G. Panthani, B. Koo, J. W. Tunnell, B. A. Korgel, Nano Lett. 2011, 11, 2560
96. b) Q. Tian, F. Jiang, R. Zou, Q. Liu, Z. Chen, M. Zhu, S. Yang, J. Wang, J. Wang, J. Hu, ACS Nano 2011, 5, 9761
97. c) Y. Liu, K. Ai, J. Liu, M. Deng, Y. He, L. Lu, Adv. Mater. 2013, 25, 1353.
98. H. Gong, Z. Dong, Y. Liu, S. Yin, L. Cheng, W. Xi, J. Xiang, K. Liu, Y. Li, Z. Liu, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 6492.
99. a) M. Nurunnabi, Z. Khatun, K. M. Huh, S. Y. Park, D. Y. Lee, K. J. Cho, Y. K. Lee, ACS Nano 2013, 7, 6858
100. b) J. H. Park, L. Gu, G. Maltzahn, E. Ruoslahti, S. N. Bhatia, M. J. Sailor, Nat. Mater. 2009, 8, 331.
101. a) H. Maeda, J. Wu, T. Sawa, Y. Matsumura, K. Hori, J. Controlled Release 2000, 65, 271
102. b) H. Kobayashi, R. Watanabe, P. L. Choyke, Theranostics 2013, 4, 81.
103. a) X. Huang, F. Zhang, L. Zhu, K. Y. Choi, N. Guo, J. Guo, K. Tackett, P. Anilkumar, G. Liu, Q. Quan, H. S. Choi, G. Niu, Y. P. Sun, S. Lee, X. Chen, ACS Nano 2013, 7, 5684
104. b) Y. Chong, Y. Ma, H. Shen, X. Tu, X. Zhou, J. Xu, J. Dai, S. Fan, Z. Zhang, Biomaterials 2014, 35, 5041.