Spectroscopic and photothermal characterization of graphene quantum dots for antimicrobial applications

Abstract

Antimicrobial resistance is a challenging health problem that demands alternative treatments. Nanoplatforms with antimicrobial properties, associated with photodynamic and photothermal therapies, are potential candidates for this task due to characteristics such as non-invasive, antibiotic-free, dual selectivity, and low adverse effects in therapeutic procedures. Graphene quantum dots are a possible substitute for other nanoparticles, especially by presenting low toxicity and low cost. However, graphene quantum dot properties are highly dependent on the synthesis methods, which makes it difficult to compare and improve methods using different studies. In this work, we apply spectroscopic and photothermal methods to investigate a commercially available green fluorescent graphene quantum dot (GQD) as a potential antimicrobial agent and to determine its theranostics properties. The results showed that the photoactivation of the GQD in phosphate-buffered saline solution by light sources with wavelengths shorter than the emission band can generate singlet oxygen and a heat yield of [Formula: see text] under excitation at 532 nm, showing the potential of this GQD as a photodynamic and photothermal agent.

Trends in Photothermal Nanostructures for Antimicrobial Applications

“…At the same time, CNTs are characterised by size-dependent antibacterial activity that increases with a decrease in size [121]. Commercial green fluorescent graphene quantum dots (GQDs) were tested as a photoactive antimicrobial agent, and a heat yield of 50% (measured by the photothermal lens technique) was obtained under excitation at 532 nm (wavelength shorter than the emission band), proving their potential to be an efficient, safe, and low-cost photothermal agent [122]. Carbon dots have also been tested due to their biocompatibility and versatility.…”

Synthesis of NIR Responsive NGQDs-Fe3O4@PPy Nanocomposite and Investigation of Its Photothermal Performance

“…Ayarlanabilen floresans özeliğine sahip bu yapılar biyouyumluluk, düşük toksisite ve suda yüksek çözünürlük özeliklerini de sergilemektedir. Tüm bu özelikler sebebiyle dikkat çekici hale gelen GKN'lar hakkında yapılan çalışmalar her geçen gün artmakta ve tıp, kimya, elektronik ve biyomedikal uygulamalar gibi birçok uygulama alanında da araştırılmaktadır [6]- [10]. Son yıllarda, kükürt (S), bor (B), azot (N) ve flor (F) gibi heteroatomlar kullanılarak GKN'ların katkılanmasına yönelik çalışmalara olan ilgi, katkılamanın GKN'ların elektron yoğunluğunu değiştirmesi ve kendilerine özgü yüzey yapısı kazanmasıyla elde edilen üstün optik ve elektronik özeliklerin keşfiyle giderek artmaktadır [9], [11], [12].…”

“…Son yıllarda, kükürt (S), bor (B), azot (N) ve flor (F) gibi heteroatomlar kullanılarak GKN'ların katkılanmasına yönelik çalışmalara olan ilgi, katkılamanın GKN'ların elektron yoğunluğunu değiştirmesi ve kendilerine özgü yüzey yapısı kazanmasıyla elde edilen üstün optik ve elektronik özeliklerin keşfiyle giderek artmaktadır [9], [11], [12]. Literatürde genellikle N ile katkılama tercih edilirken katkılama işlemi sonucunda elde edilen NGKN nanoyapılarının kimyasal ve elektronik özelikleri değiştiğinden daha aktif bölgelere sahip olmakta, böylece bahsedilen bu yapı biyogörüntüleme, fotokataliz, sensör, elektrokataliz, enerji dönüşüm ve depolama malzemesi gibi çok çeşitli alanda uygulamaya olanak sağlamaktadır [10], [12]- [14]. Kanser tedavi yöntemlerinin geliştirilmesinde ve tedavi etkinliğinin artırılmasında özelikle PTT için kullanılan fototermal ajanlarının eş zamanlı olarak hedefli ilaç salımında da kullanılabilmesi son derece önem taşımaktadır.…”