综述：用于生物医学应用的先进石墨相氮化碳基材料：理论与实验方面

《Next Materials》：Advanced graphitic carbon nitride based materials for biomedical applications: Theoretical and experimental aspects

　　

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）基材料因其出色的生物相容性、灵活的表面修饰性和可调的带隙结构，在生物医学应用中展现出巨大潜力，包括联合治疗、成像、生物偶联和药物递送。这些体系被广泛用于光驱动水分解和产生活性氧（ROS）以用于光动力治疗（PDT）。其应用已扩展至光热治疗（PTT）、声动力治疗（SDT）、靶向药物递送、成像引导的联合治疗以及与生物大分子的生物偶联。本综述全面探讨了g-C₃N₄基材料在生物医学应用中的最新进展，重点关注疾病治疗、诊断成像、生物偶联策略和联合癌症治疗。研究人员讨论了关于电荷分离、ROS生成和纳米材料-生物分子相互作用的理论见解，以更深入地理解潜在机制。此外，研究人员整合了在特定癌症（包括肝、肺和乳腺肿瘤）中ROS介导机制的机理。研究人员还重点介绍了密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟，这些模拟阐明了生物大分子的生物偶联和药物递送途径，从而指导未来治疗剂的合理设计。总体而言，本综述为g-C₃N₄基纳米平台的开发和临床转化提供了一个关键框架，旨在提高癌症诊断和治疗效率。

本文是一篇关于先进石墨相氮化碳（g-C₃N₄）基材料在生物医学应用中理论与实验研究的综述。文章系统性地总结了该领域在疾病治疗、成像、生物偶联和联合癌症治疗等方面的关键进展，强调了理论和计算模拟在指导材料设计与理解生物相互作用中的核心作用。以下是论文主体部分的详细总结：

**1. 引言**

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种无金属聚合物半导体，因其完全由碳和氮元素组成以及出色的生物相容性而备受关注。它具有类片状结构，可由易得且低成本的前驱体合成，使其成为可持续生物化学和生物医学应用的通用平台。其基本特性，包括结构、化学、形貌、光学和电子性质，使其在催化、传感和生物相关领域具有直接应用潜力。g-C₃N₄具有高比表面积和可调带隙，其碳和氮原子通过sp2杂化形成高度稳定的π共轭体系。七嗪单元中的吡啶氮原子表现出强电子接受能力，使g-C₃N₄表面具有电化学反应引发活性，从而增强其电催化性能。由于其强共价键和复杂的成键网络，金属离子可以进入七嗪环空腔，从而在一定程度上修饰g-C₃N₄的复合性质。

g-C₃N₄具有固有的灵活性，允许使用不同的模板策略形成多种形态。它已被制备成多种形式，如多孔聚合物g-C₃N₄（三维纳米结构）、纳米片（二维纳米结构）、空心球、纳米管、纳米棒和纳米线（一维纳米结构）。由于聚合物g-C₃N₄层的堆积，块状聚合物g-C₃N₄通常表现出较低的比表面积。因此，大量研究集中在使用超声辅助液体剥离、酸剥离、液氨辅助锂化、热氧化等方法将块状聚合物g-C₃N₄剥离成纳米片。其中，二维聚合物g-C₃N₄纳米片因其显著特性而被最广泛研究，例如大比表面积、延长的载流子寿命、降低的复合速率、增强的电子传输性能以及改善的电荷转移和分离效率。这些独特的物理化学性质，加上简便的合成方法和可调的表面化学性质，使g-C₃N₄在光催化、药物递送、成像和生物医学治疗等领域成为一个极具前景的纳米平台。

建立对二维g-C₃N₄基纳米片结构依赖性光学和电子性质的全面理解至关重要，这关乎其在高效太阳能利用和生物医学应用方面的潜力。二维g-C₃N₄纳米片的光学和电子行为与激发、弛豫、电荷分离与复合以及载流子迁移等光生过程密切相关。从这个角度来看，通过设计能够调节二维g-C₃N₄基光催化剂能带结构和载流子动力学的各种结构和电子因素来优化光催化性能是必要的。g-C₃N₄的光催化性能通常强烈依赖于其光学和电子特性。因此，大量研究工作已致力于该领域。目前，许多研究人员的主要目标是发现与载流子行为相关的独特光催化现象。大量关于可见光响应光催化剂的实验和理论研究已经证实g-C₃N₄是一种稳定坚固的材料。为了进一步增强其在可见光下的催化性能，已经探索了多种改性策略，包括元素掺杂、纳米结构工程、与其他半导体耦合以及超分子预组织。

近年来，二维纳米材料和石墨烯量子点（QDs）材料在生物医学科学中受到了显著关注，g-C₃N₄成为一个有前途的候选者。然而，原始g-C₃N₄存在局限性，如粒径大、水溶性差、组织渗透有限以及相对较低的催化效率。对g-C₃N₄材料进行功能设计和表面修饰可以克服这些限制。修饰后的g-C₃N₄展现出适用于多种应用的性质，包括废水处理、水分解、氮氧化物还原、二氧化碳转化和传感技术。优异的生物相容性、生物分子载体能力、荧光以及卓越的光学和电学性质的结合，增强了g-C₃N₄基杂化物在生物医学应用中的潜力。近年来，g-C₃N₄基杂化物在开发生物传感器、光催化灭菌系统、药物递送平台和生物成像技术方面引起了相当大的兴趣。

g-C₃N₄在生物医学中的一个特别重要的应用是其在光照下产生活性氧（ROS）的能力，从而实现精确的抗菌效果和治疗干预。g-C₃N₄表现出从可见光到近红外（NIR）区域的宽光吸收特性。目标是在最小化长期紫外线照射引起的DNA损伤、线粒体功能障碍、神经损伤和细胞死亡的同时，实现可控和高效的ROS生成，同时解决肿瘤环境中常见的缺氧状况。目前，FDA批准的光敏剂（PSs），如二氢卟吩e6（Ce6）和5-氨基酮戊酸，被用于治疗浅表肿瘤。为了诱导癌细胞死亡，寻求高效PSs以产生足够的ROS，包括超氧阴离子自由基（O₂^•?）、羟基自由基（•OH）和单线态氧（¹O₂）。其他光敏剂，如MnO₂和Fe-MOF，可以在H₂O₂存在下催化产生高毒性•OH，导致肿瘤内多细胞器损伤。

包含纳米颗粒的药物递送系统因其独特的物理化学和生物学特性，被广泛用于通过侵入性和非侵入性纳米医学方法治疗癌症。其中，光动力治疗（PDT）因其时空选择性、微创性和低生物毒性，在癌症治疗中表现出显著优势。PDT也因其高组织穿透性、非侵入性和精确可控性而日益受到关注。

近年来大多数关于g-C₃N₄的综述文章都集中在生物系统中的潜在应用，包括医疗诊断、治疗、联合癌症治疗和抗生素消除光催化剂。但是，在本综述中，研究人员总结了关于g-C₃N₄基复合材料电子行为的理论和实验研究，包括带隙调节、电荷分离和复合过程。电子性质在ROS生成和催化活性的背景下进行了讨论，同时重点介绍了用于生物大分子和药物递送的g-C₃N₄材料的结构设计。研究人员旨在建立材料科学、工程学和生物医学应用之间的清晰关联，解决跨学科研究中的关键挑战。此外，研究人员重点介绍了ROS介导的治疗策略、控制药物释放方面的最新进展，并为g-C₃N₄基材料在制药和医疗保健应用中的未来方向提供了见解。

**2. 材料设计概念与实验验证**

计算建模为材料设计、电子行为和分子稳定性提供了一个强大的预测“路线图”。通过整合密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）等方法，研究人员可以预测材料在特定生物医学和能源应用中的性能，结合实验合成，这些模拟验证了核心概念。在本文中，研究人员讨论了DFT如何指导电子和带隙工程以增强g-C₃N₄的光捕获能力。此外，研究人员重点介绍了MD模拟如何提供原子级的见解，以预测在生物或水环境中的纳米载体药物相互作用和界面稳定性。最后，研究人员将这些理论发现与实验验证联系起来，重点关注材料的合成和高级光谱学，以证实ROS的产生、光催化氢气析出以及在肿瘤模型中的PDT疗效。

**3. g-C₃N₄在生物系统中的原理**

光催化通常涉及四个基本过程：（a）光吸收，（b）电荷分离，（c）电荷迁移，以及（d）电荷用于氧化还原反应。当半导体暴露于能量（hν）等于或大于其带隙能量（E_g）的光子时，会形成光生电子-空穴（e^?/h⁺）对，其中电子（e^?）被激发到导带（CB），空穴（h⁺）留在价带（VB）。这些e^?/h⁺对可以离域，随后分离成单独的载流子。其中一部分电荷可以迁移到光催化剂表面，在那里它们与吸附的物种发生各种化学反应，导致氧化和还原过程。为了显著提高光催化效率，必须加速光生电荷的分离和迁移，同时最小化其复合速率。此外，提高光吸收能力可以进一步提升光催化性能。在生物系统中，这种增强的电荷活性直接促进了ROS的生成，ROS是治疗应用中的关键中间体。在这些过程中，会产生丰富的ROS，这些ROS在癌症治疗、抗菌治疗和伤口愈合等生物医学应用中具有巨大潜力。

ROS是不稳定且化学反应活性高的含氧分子。它们通过分子氧的单电子、双电子或三电子转移过程的逐步还原产生，形成自由基和非自由基物种，如氧自由基、过氧化物和氧离子。主要的ROS包括¹O₂、O₂^•?（e^? + O₂ → O₂^•?）、过氧羟基自由基（HO₂^•）、过氧化氢（H₂O₂）（O₂^•? + H₂O → H₂O₂ + OH^?）和羟基自由基（•OH）（H⁺ + OH^? → •OH）。ROS在生理功能中发挥着重要作用，例如防御病原体、调节蛋白质活性、调节信号通路和激素产生。在低浓度下，ROS维持在稳态水平以防止氧化损伤。然而，过量的ROS产生或抗氧化防御机制减少可导致氧化应激，破坏氧化还原平衡和信号转导途径，从而阻碍正常的恢复过程并导致各种疾病的发展。ROS失衡与多种疾病密切相关，包括心血管疾病、神经退行性疾病和糖尿病溃疡。因此，能够时空性地调控ROS生成对于设计安全有效的生物医学治疗至关重要。

因此，在生物系统中可控地生成ROS是非常理想的。生物相容性材料因其在光照下产生定制化ROS的能力而备受关注，这会在治疗背景下导致氧化损伤和细胞死亡。在不同的ROS中，•OH和¹O₂被认为是最具活性的物种，能够诱导有效的细胞损伤，并作为动态疗法（如PDT、声动力治疗（SDT）和化学动力治疗（CDT））的关键活性中间体。尽管具有潜力，但开发合适的产氧材料仍然具有挑战性，因为需要在各种应用中以可控的方式精确调节氧向氧物种的转化。g-C₃N₄提供了一个有吸引力的平台，因为其能带结构和表面性质可以在生物相关条件下调节以控制ROS产量。g-C₃N₄在可见光照射下可调的带隙和强还原能力使其能够进行水分解产生O₂，这对于II型PDT和缓解肿瘤缺氧至关重要。同时，g-C₃N₄充当I型光敏剂，在光照下产生H₂O₂。这是因为光生载流子促进了两条电子通路，这在动力学上有利于ROS生成。在这方面，软材料如g-C₃N₄，具有其独特的结构和化学性质，表现出与人体组织的优异相容性，在先进的生物医学和组织工程应用中具有巨大前景。

第一性原理密度泛函理论（DFT）计算表明，二维结构的g-C₃N₄比块状g-C₃N₄能产生更多光活性物种。相应的态密度（DOS）数据也表明可用载流子数量增加。此外，VB和CB波函数的分析表明，两者主要源于碳和氮原子的p轨道，特别是在CB区域表现出增强的p-p轨道杂化。这种增强的轨道杂化解释了为什么超薄g-C₃N₄片通常表现出优异的电荷分离效率，使其在ROS介导的生物医学功能方面更有效。Zhang等人报道了使用芘分子辅助的简易机械研磨方法将块状g-C₃N₄剥离成纳米片。DFT研究证实，芘和H₂O在块状g-C₃N₄上的吸附能分别约为-0.86 eV和-0.27 eV，表明芘复合物比H₂O表现出更强的相互作用。计算的芘与碳氮纳米片（CNNS）之间以及H₂O与CNNS之间的吸附距离分别约为3.2 ?和2.7 ?，二面角约为35°，表明分别是π-π堆叠和弱物理吸附（physisorption）。这种非共价剥离和界面修饰策略为扩展g-C₃N₄与生物分子相互作用和结合的能力提供了有价值的见解。这种量身定制的界面相互作用与生物环境尤其相关，因为生物分子表面相容性决定了治疗性能。

Wang等人进一步证明了一种通过在g-C₃N₄纳米片边缘引入吸电子基团来提高电荷分离效率的策略。DFT计算表明，引入羰基和羧基改变了相邻碳原子的轨道状态，从而通过改变纳米片边缘的局部电子环境来提高电荷分离效率。此外，结构缺陷工程有利于有效控制电荷复合。Zhou等人报道了含有来源于三-s-三嗪环内氨基（-NH₂和=NH）的氮缺陷的多孔g-C₃N₄纳米片。与原始碳氮（CN）的3.07 eV相比，VB和CB向更负的电势移动，带隙能量降低至2.5 eV。微分电荷密度数据表明，由于-NH₂基团的损失，电荷密度集中在氮缺陷位点的相邻碳原子上。金属和非金属元素掺杂到g-C₃N₄中可以改变其结晶度并创建缺陷位点，有助于抑制载流子复合。Dong等人和其他小组对g-C₃N₄中的阳离子和阴离子掺杂进行了理论计算，表明掺杂原子通过协调的静电相互作用占据三-s-三嗪单元内的间隙位点或层间空间。这些修饰延长了载流子寿命并优化了带隙结构。总的来说，这些能带工程策略为调整特定生物医学任务的ROS产量提供了可调途径。

Xie等人报道，层状g-C₃N₄的层间距为0.33 nm，与石墨烯相似，并具有π共轭电子结构，单层间具有刚性的C-N平面。对多层和超薄g-C₃N₄纳米片之间电子云的理论计算显示，总能量分别为-180.4 keV和-91.6 keV，表明单层结构比其双层对应物更具反应性，并且在激光激发下更有利于双光子吸收。增强的双光子吸收使得超薄g-C₃N₄在需要近红外（NIR）激活的深层组织光治疗中具有应用前景。

一个基本的设计标准是带隙活性标度定律，经验表明，将g-C₃N₄的带隙从2.7 eV降低到2.0-2.2 eV的最佳范围（例如，通过S掺杂或氢诱导缺陷）与光催化效率的4.8-5倍增强相关，这主要归因于可见光吸收光谱的拓宽，而不影响氧化还原过程所需的过电位。为了促进O₂^•?的自发生成，CB电位必须保持在或低于-0.33 V vs NHE。同时，VB理想情况下应超过+1.9 V以直接产生•OH，这是原始g-C₃N₄（通常为1.4 V）通常无法达到的阈值，因此需要开发Z型异质结。此外，缺陷密度与效率之间的关系呈抛物线趋势，引入氮空位（N-vacancies）可以将H₂O₂的生成速率提高多达13.3倍（172.4 μmol L^?1 h^?1），这是由于形成了N₂C和NH_x协同位点；然而，过高的缺陷密度最终会成为复合中心，降低光催化活性。当前的设计方案采用NH₄Cl/三聚氰胺前驱体比例来精确调节N-空位浓度；具体而言，通过优化比例使比表面积加倍并引入适度空位，表观速率常数（k_obs）从0.023增加到0.09 min^?1，增加了四倍。通过将这些定量相关性与机器学习模型相结合（这些模型现在可以根据表面积和光功率等输入参数以98%的准确率预测降解效率），研究人员可以从试错合成转向“按需设计”方法，为特定的治疗或环境通量需求定制g-C₃N₄。

**4. 生物医学应用**

**4.1. 活性氧生成治疗**

肝病导致肝细胞癌（HCC）的进展阶段包括脂肪变性、纤维化、肝硬化，最终进展为HCC本身。在这些阶段中，肝纤维化是疾病进展的一个关键阶段，是一个具有临床意义的组织病理学特征，极大地影响患者死亡率。纤维化最终可能发展为肝硬化，这与包括HCC在内的严重肝病密切相关。肝纤维化是肝脏对病毒性肝炎、酒精性肝病或代谢功能障碍相关脂肪性肝病引起的慢性损伤的可逆性伤口愈合反应。早期治疗干预可以防止向肝硬化/HCC转变。生理上，肝星状细胞（HSCs）是静止且不增殖的。当肝脏受损时，p53通路的失活抑制了HSC衰老、凋亡和铁死亡，导致其活化。活化的HSC通过转化生长因子β1/SMAD（TGF-β1/SMAD）信号通路转分化为肌成纤维细胞，表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）并积累细胞外基质（ECM）蛋白。这一过程导致肝纤维化、肝硬化，并最终导致HCC发展。缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）已被证明可以促进TGF-β1/SMAD通路的激活，从而增强HSC活化和ECM产生，加速肝纤维化。此外，研究表明Mdm2/p53介导的泛素化和蛋白酶体降解途径调节HIF-1α水平；因此，p53功能障碍可导致HIF-1α表达上调。

p53功能障碍导致HIF-1α积累，并丧失对TGF-β1/SMAD通路的抑制，从而促进HSC活化并导致肝纤维化。HIF-1α的积累进一步激活HSC并刺激TGF-β的释放，加剧纤维化进展。TGF-β1/SMAD通路是持续HSC活化和ECM沉积的核心驱动因素，与p53失活和HIF-1α积累形成正反馈回路。为了提供更好的机制清晰度，这个反馈回路突出了缺氧和肿瘤抑制信号传导受损如何共同加速纤维化重塑。早期肝纤维化已被证明是可逆的，但这种逆转的确切机制仍不清楚，并且仍然缺乏有效的治疗方法。因此，开发抗纤维化疗法仍然是一个关键重点。抑制肝纤维化发生和发展的最新策略包括抑制HSC增殖、减少过度的ECM产生以及促进ECM降解。缺氧是驱动肝纤维化进展的关键因素，因为HIF-1α上调促进了HSC活化。因此，直接靶向缺氧相关信号传导的治疗方法日益受到关注。为了靶向这一机制，Liu等人开发了VA-PEG修饰的碳氮（VA-PEG-CN）纳米片，负载抗HIF-1α的小干扰RNA（siRNA）。siRNA通过肝脂肪酶释放，下调HIF-1α表达，抑制HSC活化，并改善缺氧微环境。纤维化区域的缺氧环境也限制了PDT的疗效。为了克服这一点，Liu等人设计了光驱动水分解纳米材料，能够在660 nm激光照射下产生氧气（O₂）。这些纳米材料缓解缺氧，下调HIF-1α表达，并通过HIF-1α/SLC7A11通路诱导HSC铁死亡。这说明了如何结合基因沉默和产氧纳米技术可以协同调节HSC命运并减轻纤维化。随着肝纤维化进展为HCC，Liu等人使用生物素-PEG修饰的碳氮纳米颗粒作为非阳离子基因载体来递送p53基因。这种方法增加了HCC细胞对ROS的敏感性，增强了p53表达，并有效抑制了HCC进展。此外，还开发了一种产氧碳氮纳米系统，在光照下释放p53基因，上调p53表达，降解线粒体HIF-1α，诱导铁死亡，并缓解缺氧，从而克服HCC中的PDT耐药性。总的来说，这些发现强调了同时恢复肿瘤抑制功能和肿瘤缺氧的治疗价值。这些研究共同表明，HIF-1α和p53是肝纤维化向HCC进展的关键调节因子。基因治疗和PDT的结合可以促进铁死亡，改善缺氧微环境，抑制肝纤维化进展，逆转PDT耐药性，并提供有效的治疗策略。

在不断寻找能够抑制DNA损伤修复并诱导不依赖氧气的肿瘤损伤的抗癌光催化剂的过程中，聚合物碳氮（PCN）一种完全由碳和氮组成的无金属纳米材料引起了极大的研究兴趣。然而，单独的PCN通常由于表面惰性和复杂的肿瘤微环境（TME）而表现出有限的治疗效果，这可能会损害其稳定性和ROS生成效率，包括变化的酸度、缺氧和多种氧化还原物质。特别是，依赖ROS的PDT的有效性在很大程度上受肿瘤缺氧的影响，因为缺氧限制了在没有足够O₂的情况下治疗性ROS的生成。Zhang等人的最新工作表明，氮空位修饰的PCN（NV-PCN）增强了PDT在Cal-27细胞诱导的口腔鳞状细胞癌（OSCC）中的疗效。NV-PCN通过触发DNA损伤（如双链断裂标记物γH₂AX表达增加所示）和线粒体功能障碍（如线粒体膜电位降低所示），有效诱导了Cal-27细胞凋亡。此外，NV-PCN抑制了DNA损伤修复，如53BP1和GADD45A表达降低所示。这些发现为开发基于碳氮的PDT治疗癌症提供了新途径。这表明通过氮空位修饰PCN可以克服固有的PDT局限性，通过改善ROS生成和损害肿瘤DNA修复机制。总之，通过先进的基于PCN的材料和PDT靶向HIF-1α和TGF-β/SMAD之间由缺氧诱导的正反馈回路，为逆转肝纤维化和抑制HCC进展提供了一种有前景的策略。

将g-C₃N₄基纳米平台整合到纤维化和癌症的治疗程序中，提供了一个直接的催化界面来调节失调的生物通路。g-C₃N₄不仅仅作为被动载体，而是作为HIF-1α、TGF-β轴的主动代谢调节剂，通过光催化水分解改变局部化学微环境。在缺氧组织中，局部产生的氧气恢复了氧依赖性脯氨酰羟化酶（PHDs）的催化活性。这些酶将HIF-1α羟基化，将其标记用于泛素化和随后的蛋白酶体破坏，从而抑制了这个主要的转录因子。HIF-1α的减少随后破坏了TGF-β/SMAD信号通路，抑制了HSC向胶原分泌型肌成纤维细胞的转分化。通过机械地将半导体的电子能带结构与细胞信号传导的代谢需求联系起来，g-C₃N₄创造了一种时空性调控的干预措施，可以阻止从慢性炎症到肝细胞癌的转变。

Liu等人报道了一种仿生细胞膜包被的碳氮纳米酶（MCeCN）与姜黄烯醇结合用于非小细胞肺癌（NSCLC）的靶向治疗。该材料在808 nm激光照射下通过氧化酶样和过氧化物酶样催化活性产生大量ROS。该过程促进水分解产生氧气，为催化治疗提供原料，同时光热效应促进姜黄烯醇的释放。谷胱甘肽（GSH）通过谷胱甘肽氧化酶（GSHOx）样催化活性帮助调节ROS消耗。机制研究证实，联合治疗通过S100A9介导的Wnt/β-catenin通路激活NSCLC细胞。这项研究强调了将催化ROS生成与靶向药物递送相结合用于协同肿瘤抑制的优势。Qu等人开发了碳氮/甲基焦脱镁叶绿酸a铜/叶酸（CNMCF）纳米复合物作为癌症治疗的药物递送系统。CNMCF具有双重功能，通过PDT和CDT抑制原发性和转移性肿瘤。此外，CNMCF通过原位充氧下调PD-L1诱导免疫检查点阻断治疗，改善肿瘤缺氧，为免疫治疗提供了一种有效策略。Liu等人进一步展示了一种仿生“气体-基因”策略，使用巨噬细胞膜包被的碳氮平台装载DNA纳米颗粒（M-PEISeCCNs@DNA）以提高抗肝纤维化疗效。在近红外（808 nm）激光照射下，该系统触发H₂O分解产生O₂，缓解缺氧并通过上调硒结合蛋白-1（SBP1）缓解肝纤维化。这些方法强调了基于碳氮的纳米平台在同时调节肿瘤氧合、ROS生成和基因治疗方面的多功能性。这些多功能碳氮平台整合了氧气生成、ROS生产和靶向药物递送，以协同治疗NSCLC、肝纤维化和转移性肿瘤。

Jing等人通过将单原子铁（Fe）整合到基于C₃N₄的纳米结构中，开发了Fe-C₃N₄化学反应性纳米声敏剂用于黑色素瘤治疗。这些纳米结构在超声（US）照射下增强了电子-空穴分离，产生ROS以有效杀死肿瘤。它们的类过氧化物酶活性催化H₂O₂转化为•OH，当与SDT结合时提高了抗肿瘤疗效。DFT模拟揭示Fe掺杂引起了显著的电荷重新分布，同时增强了SDT和CDT。实验验证证实了通过ROS生成、氧化应激调节和细胞凋亡诱导产生了强大的抗肿瘤效果。这些发现突出了如何将单原子铁掺杂到g-C₃N₄中可以协同改善催化和SDT结果，为ROS介导的肿瘤消融提供了一个精确的纳米平台。最近，开发了一种PEG化碳氮纳米片@铜掺杂聚苯胺（CNNS@CuPANI）具有独特的纳米异质结构，用于双模式催化ROS生成。Cu²⁺的引入增强了光诱导电子-空穴分离和电子转移速率，而CuPANI天线效应实现了近红外光的高效利用，用于氧依赖和氧依赖的PDT。此外，在还原性TME中释放的Cu²⁺触发类芬顿反应，进一步促进ROS生成。应用于高转移性原位骨肉瘤，CNNS@CuPANI显著增加了ROS介导的细胞应激，改变了细胞粘附，并减少了体内的肺转移，证明了其作为恶性肿瘤突破性治疗平台的潜力。这项研究强调了设计结合光热、光催化和催化ROS生成能力的多功能纳米异质结构以克服肿瘤缺氧和转移的重要性。总之，单原子铁掺杂g-C₃N₄纳米声敏剂和CNNS@CuPANI纳米异质结构利用光和US产生ROS并触发类芬顿反应，用于靶向、不依赖氧气的肿瘤消融和抗转移治疗。

Rahmani等人开发了一种pH响应性纳米载体（G/PEG/g-C₃N₄），该载体由包含明胶和聚乙二醇（PEG）聚合物的水凝胶合成，其中g-C₃N₄作为pH响应且无毒的填充物，用于将5-氟尿嘧啶（5-FU）靶向递送到乳腺癌细胞。该材料通过简单绿色的双乳液技术制备。使用MTT测定法评估其治疗效果，结果显示G/PEG/g-C₃N₄对MCF-7乳腺癌细胞具有显著的细胞毒性，表明该纳米载体在增强凋亡诱导的同时减少了5-FU副作用的潜力。这项研究表明，将聚合物水凝胶与g-C₃N₄结合可以提供可控的、肿瘤特异性的药物释放，提高化疗的安全性和有效性。基于这一概念，Yang等人设计了具有聚七嗪亚胺结构（PHI NSs）的缺陷修复g-C₃N₄纳米片作为新型声敏剂用于SDT。PHI NSs促进快速电荷迁移，在US刺激下高效产生ROS。产生的ROS诱导线粒体损伤，破坏肿瘤细胞内的氧化还原稳态，并触发细胞凋亡。重要的是，PHI NSs在小鼠模型中未引起显著毒性，为通过缺陷工程优化声敏剂性能提供了有效策略。该方法突出了如何通过g-C₃N₄的结构工程提高ROS生成效率，同时保持体内应用的生物相容性。总之，g-C₃N₄纳米复合物为靶向药物递送和增强SDT提供了多功能、生物相容的平台，表现出对肿瘤细胞的高效和低副作用。

单原子催化剂（SACs）因其在PDT中的应用而受到关注，但通常受限于对正常组织的副作用和TME的干扰。最近，在特定细胞内原位合成纳米药物已成为克服在健康组织中随机分布并最小化副作用的一种策略。Yin等人报道了一种在TME中原位制备的单原子催化剂（C₃N₄–Mn SACs），用于高度特异性的I型PDT。该系统能够在不依赖氧气的情况下产生•OH，同时上调癌细胞中的谷胱甘肽耗竭，表现出优异的抗肿瘤疗效，且对健康组织的影响极小。此外，基于水的光动力策略通过不依赖O₂^•?的水分解产生•OH，缓解了TME缺氧的限制。因此，C₃N₄–Mn SACs能够实现选择性高效的I型PDT，通过谷胱甘肽耗竭和有效的ROS生成在体内实现显著的癌症治疗。原位生成策略强调了通过在肿瘤细胞内特异性激活ROS产生来实现精确治疗，解决了传统SACs在PDT中的常见局限性。总之，SACs系统实现了不依赖氧气的I型PDT，有效耗竭谷胱甘肽并产生ROS，具有高肿瘤特异性和对健康组织的最小损伤。

Taheri等人开发了一种用于体外和体内癌症治疗的基于g-C₃N₄的纳米材料，无需额外的化疗药物即可实现有效的PDT，从而降低毒性同时提高治疗效果。在该研究中，将金纳米颗粒负载到介孔g-C₃N₄（mpg-g-C₃N₄）上以实现体内成像。结果表明，仅通过g-C₃N₄的可见光光激发就可以作为一种有效的PDT方案，无需额外的敏化剂或载体。通过瘤内和静脉内给药该材料，并结合局部光照射，均导致显著的肿瘤积聚和肿瘤体积减少。这项研究还证明，用金纳米颗粒功能化g-C₃N₄可以同时实现成像和PDT，为癌症治疗提供了诊疗一体化平台。总之，将金纳米颗粒与mpg-g-C₃N₄结合，无需额外的敏化剂或化疗药物即可实现有效的PDT和体内成像。

Zhang等人报道了一种新型近红外响应的二维Ti₃C₂/g-C₃N₄-TPP（TPP：三苯基膦溴化物）光敏剂，该光敏剂结合了Ti₃C₂/g-C₃N₄异质结构，用于原位产氧，增强了多模态PDT和光热治疗（PTT）。与游离的g-C₃N₄纳米片相比，Ti₃C₂/g-C₃N₄-TPP在近红外区域表现出更强的吸收，并且由于光生载流子的分离和转移增强，光催化效率得到提高。内吞后，Ti₃C₂/g-C₃N₄-TPP特异性靶向线粒体。在670和808 nm激光照射后，处理的小鼠在两周内肿瘤生长完全抑制且无复发，这归因于线粒体靶向的PTT与PDT的结合。Ti₃C₂/g-C₃N₄-TPP通过不依赖氧气的I型PDT机制促进O₂^•?和•OH的产生。Gong等人进一步证明了纳米材料的阳离子特性允许其扩散到其他亚细胞细胞器，包括溶酶体和内质网。不依赖氧气的ROS生成和线粒体靶向的整合标志着PDT策略的重大进步，即使在缺氧的TME中也能有效根除肿瘤。总之，开发了近红外响应、线粒体靶向的光敏剂，通过结合PDT和PTT实现了完全肿瘤根除，通过不依赖氧气的I型机制克服了肿瘤缺氧。

相比之下，[e-mail]一种基于g-C₃N₄的光响应磁性纳米催化剂，在可见光照射下驱动I型PDT，从而提高了结肠癌化/化学动力协同治疗的效率。Fe₃O₄/g-C₃N₄@PPy-DOX磁性纳米复合物克服了癌症中的缺氧条件，并具有靶向组合化疗/PDT/PTT治疗特性。此外，某些非金属掺杂的g-C₃N₄纳米结构作为光催化剂，在光照下触发ROS生成。这个过程促进氧化应激，破坏线粒体功能，并激活癌细胞的凋亡途径，有助于其抗癌效果。另一方面，硫脲衍生的g-C₃N₄显示出最高的ROS生成潜力，可用于PDT。Wang等人报道了硼酸修饰的g-C₃N₄用于PTT/PDT作为诊疗一体化纳米平台，其性能归功于通过复合物之间的能量转移产生¹O₂和通过电子转移产生O₂^•?。

虽然g-C₃N₄传统上在紫外和可见区域吸收，但其对深部肿瘤的治疗效用根本上受限于这些波长的浅穿透性。为了解决这个问题，目前的研究重点是将激活阈值转移到近红外二区（NII窗口，1000–1700 nm），在那里光子散射和组织自体荧光显著减少。先进的工程策略，如g-C₃N₄量子点的糖基化，最近已被证明可以通过利用Warburg效应进行靶向积聚，同时保持深层组织中的高光稳定性，从而增强穿透深度。此外，上转换核心或双波长响应异质结构的整合允许g-C₃N₄平台被近红外光激活，近红外光在局部转换为更高能量的光子以触发光催化过程，从而将治疗范围扩展到皮肤表面以下数厘米。

标准PDT的一个主要障碍是依赖分子氧来生成¹O₂，这一过程经常被实体瘤的缺氧微环境所阻碍。硫掺杂碳氮量子点（S-CNQDs）的最新发展提供了一种有前景的解决方案，通过将光催化机制转向I型途径。硫掺杂已被证明可以显著提高O₂^•?的量子产率，同时抑制¹O₂，有效地创造了可在低氧条件下工作的“抗缺氧”光敏剂。此外，将金属离子（例如Fe、Mn）整合到g-C₃N₄框架中会触发铁死亡样机制和类芬顿反应，这些机制利用内源性H₂O₂产生剧毒的•OH，提供了一种强大的不依赖氧气的治疗途径。

ROS的治疗效果通常因其短寿命和极有限的扩散距离（通常<20 nm）而受到影响，这意味着它们必须在靠近关键细胞组分的地方产生才能有效。为了绕过这些ROS扩散限制，g-C₃N₄平台越来越多地设计具有细胞器靶向配体，如三苯基膦（TPP）靶向线粒体，或特定的肽靶向细胞核和溶酶体。通过将光催化剂直接定位到线粒体，产生的ROS可以立即破坏线粒体膜电位并释放促凋亡因子如细胞色素c，即使在低自由基浓度下也能以高精度触发细胞死亡。这种“时空受限”的ROS生成确保氧化风暴发生在目标细胞器内，最大限度地增加生物损伤，同时最小化对健康组织的脱靶效应。

**4.2. 成像研究**

生物标志物在药物发现的早期阶段起着关键作用，通过揭示疾病分子途径并增强对候选治疗药物的理解，帮助识别治疗靶点。在这一背景下，基于碳氮的纳米材料因其荧光性、生物相容性和稳定性而成为有前途的生物成像剂。Xie和同事开发了水溶性超薄g-C₃N₄纳米片，表现出蓝色光致发光、高稳定性和生物相容性。这些特性使其适合在激发波长λ = 405 nm下使用共聚焦荧光显微镜进行生物成像应用。与这些纳米片一起孵育的HeLa细胞保持了正常的形态和活性，明亮的蓝色斑点附着在细胞膜上，证明了它们作为细胞膜标记的生物标志物的潜力。这项研究突出了g-C₃N₄纳米片作为无毒、稳定的荧光标记物用于活细胞成像的潜力。Demirci等人报道了杂原子掺杂的二维g-C₃N₄异质结构（B、P和S掺杂），在100 μg mL^?1（g-C₃N₄、B50@g-C₃N₄、P50@g-C₃N₄和S50@g-C₃N₄）材料浓度下，在365 nm滤光片下于L929成纤维细胞中表现出高荧光，持续24小时。其中，B50@g-C₃N₄显示出最显著的荧光信号，表明了杂原子掺杂对增强生物成像性能的重要性。Morang等人合成了钼和硫共掺杂的g-C₃N₄（Mo@S-CN）纳米复合物，用于使用人类真皮成纤维细胞进行生物成像。在365 nm（蓝色发射）、470 nm（绿色发射）和545 nm（红色发射）的激发波长下，这些材料表现出可变的荧光强度，表明它们在多重和高级生物成像应用中具有潜力。此外，g-C₃N₄ QDs的各种掺杂策略已被探索用于生物成像；Lu等人利用苯基修饰和硫掺杂进行多色成像。Wu等人证明了磷掺杂g-C₃N₄ QDs用于有效荧光生物成像的有效性。另一方面，双氰胺衍生的g-C₃N₄表现出固有的荧光特性，支持作为生物成像工具。

Cui等人开发了苯基修饰的碳氮量子点（Ph-CN），通过简单地与HeLa细胞一起孵育进行成像。同一小组进一步引入了与聚合物偶联的Ph-CN胶体，以改善在HeLa细胞上的成像。Wu等人报道了硼掺杂的g-C₃N₄纳米片（BCNNS）功能化铜纳米簇（BCNNS-CuNCs），用于微小核糖核酸（miRNAs）的活细胞成像，展示了一种灵敏且无酶检测方法。Jing等人利用均匀的g-C₃N₄ QDs（gCNQDs）作为荧光探针，用于检测活细胞中的Fe³⁺离子，而Wu等人开发了工程化的g-C₃N₄ QDs用于双光子成像，展示了它们作为潜在生物成像标记物的多功能性。总的来说，这些研究说明了g-C₃N₄基纳米材料作为荧光探针的多功能性，能够进行多重成像、离子检测和实时细胞可视化，使其成为药物发现早期阶段和诊断的强大工具。

Zheng等人报道了通过将氧化的g-C₃N₄纳米片用二氢卟吩e6、Gd³⁺离子和氨基封端的六臂聚乙二醇修饰来制备先进的基于g-C₃N₄的磁共振成像（MRI），创建了一种新型纳米复合物OCN-PEG-(Ce6-Gd³⁺)。该系统进一步负载了N,N'-二仲丁基-N,N'-二亚硝基-1,4-苯二胺（BNN6），实现了成像和治疗功能的同步。所得纳米复合物在体内表现出显著的T1加权MRI对比度，证明了其作为诊断剂的潜力。此外，OCN-PEG-(Ce6-Gd³⁺)/BNN6系统在超声条件下增强了ROS和一氧化氮（NO）的产生，促进了显著的肿瘤生长抑制。这项研究突出了多功能g-C₃N₄基纳米复合物在癌症诊疗一体化中的潜力，将成像、基于ROS的治疗和NO介导的细胞毒性整合到一个平台中。

**4.3. 用于各种生物应用的修饰g-C₃N₄的合成**

理解基于g-C₃N₄材料的生物医学功能需要仔细考虑其设计和特性，包括粒径、zeta电位和递送系统。迄今为止，已经开发了许多g-C₃N₄基材料作为潜在生物医学平台的合成策略，包括自上而下和自下而上的方法。其中，涉及形貌控制、元素掺杂、贵金属沉积和半导体复合形成的修饰方法对于设计精确和功能性的系统特别有效，能够为特定的生物医学应用定制性质。

额外的技术，如热剥离、化学剥离和表面功能化，经常被用于优化材料的性质，包括生物相容性、光稳定性和分散性，以用于生物医学应用。每种方法都有独特的优势，但也存在局限性。关键考虑因素包括化学稳定性、光电化学稳定性和热稳定性，这些对于在生物环境中的可靠性能至关重要。

表1总结了报道的用于药物递送和生物医学应用的工程化g-C₃N₄纳米平台。该汇编清晰地概述了材料设计策略及其潜在应用，使研究人员能够快速理解该领域的关键概念和方法。（表1内容概括了如超薄g-C₃N₄纳米片、VA-PEG-CN@GQDs、MCeCNs@Cur等多种纳米平台的合成方法、尺寸/ Zeta电位、递送系统和参考文献，展示了多样化的材料设计策略）。

**4.4. 转化挑战与临床前景**

尽管g-C₃N₄表现出显著的治疗潜力，但从实验台到临床应用的转化受到若干转化障碍的制约。

体内代谢与生物可降解性：与经历肝脏或肾脏清除的分子光敏剂不同，g-C₃N₄纳米结构在化学上是坚固的。目前的研究表明，虽然它们通常具有生物稳定性，但其长期命运仍然是研究的主题。新兴证据表明，表面功能化的g-C₃N₄可以通过氧化途径缓慢降解或通过单核吞噬细胞系统排泄，尽管人体内确切的代谢副产物尚未完全明确。

长期毒性：g-C₃N₄的生物安全性显著受其物理化学性质影响。研究表明，表面电荷和粒径是细胞毒性的主要决定因素；例如，带正电的g-C₃N₄纳米片比中性对应物表现出更高的细胞摄取，但也增加了膜破坏的可能性。动物模型中的慢性暴露研究对于排除延迟性器官损伤或意外的免疫激活至关重要。

可扩展性与制造：与其它碳纳米材料（如碳纳米管）相比，g-C₃N₄的一个明显优势是其工业可扩展性。它通过简单的尿素和三聚氰胺等丰富、低成本前驱体的热缩聚合成，便于在无需复杂催化剂的情况下，按照良好生产规范标准进行大规模生产。

与FDA批准系统的比较：与FDA批准的光敏剂如二氢卟吩e6（Ce6）或5-氨基酮戊酸（5-ALA）相比，g-C₃N₄具有更优的光稳定性和通过I型（不依赖氧气）机制运作的独特能力。这使得它成为治疗传统临床药物经常失效的实体瘤严重缺氧核心的更稳健候选者。

**4.5. 生物大分子生物偶联的理论方面**

Zhang等人开发了一种具有自检功能的新型端粒酶活性检测系统。该系统利用荧光和光降解，其中CNNS同时充当能量供体和光催化剂，染料分子作为受体。在测试的染料中，吖啶黄（AF）表现出最有效的CNNS-AF界面，这得到了实验结果和DFT计算的支持。CNNS的高光催化活性使得在连续激发下AF光降解过程中淬灭的荧光能够显著恢复，提供了显著的自检特征。重要的是，该系统无需额外的化学物质或复杂仪器，即可实现简单、选择性和准确的端粒酶检测，为疾病诊断提供了一个有前景的平台。

电化学发光（ECL）是一种分析技术，其中与共反应物的电化学反应产生激发态。由于背景干扰可忽略不计，ECL比光致发光具有更高的灵敏度。各种ECL发光体，包括钌配合物、鲁米诺和量子点已被开发出来。CNNS因其生物相容性、可控发光性和低成本而成为一个有前途的候选者。生物分子在传感器界面上的有效固定对于高性能生物传感器至关重要。传统的CNNS通过超声辅助剥离制备，用于生物分子偶联的活性位点有限。为了解决这个问题，使用Py-COOH作为共价连接剂，通过EDC/NHS活化将DNA探针偶联到修饰的CNNS（m-CNNS）上。该设置实现了靶标单链DNA（tDNA）的捕获以形成tDNA-pDNA杂交体。使用m-CNNS构建了tDNA的ECL生物传感器，同时使用传统CNNS构建了对照传感器。

Liang Zhao和Zonglin Gu进行了非偏倚的全原子MD模拟，以研究双链DNA（dsDNA）与C₃N纳米片的结合及其潜在的生物效应。dsDNA吸附到C₃N表面导致部分解旋和碱基对分离，同时形成稳健的π-π堆叠相互作用。定量分析表明吸附后dsDNA结构显著耗损，分步结合由范德华力驱动。界面水，特别是C₃N的第一溶剂化层，通过纳米尺度去润湿促进了初始核苷酸相互作用。考虑到石墨烯对生物分子的损伤潜力，C₃N也可能发生类似效应，这表明在生物应用之前应施加表面涂层（例如PEG、壳聚糖）。虽然光学和磁镊提供了机械和构象见解，但MD模拟揭示了界面结合的原子级细节，突出了潜在的生物分子损伤，并指导了安全的CN应用。

Gu和同事利用非偏倚的全原子MD模拟研究了λ-抑制蛋白与g-C₃N₄纳米片的结合。该蛋白保持了其结构完整性，范德华力驱动吸附，库仑相互作用贡献最小。蛋白的质心在g-C₃N₄表面上保持相对稳定，这得益于带正电的残基。这些结果为g-C₃N₄纳米材料的生物相容性提供了分子水平的见解。

Mao等人研究了人血清白蛋白（HSA）在负电荷NS-DCN上的吸附，温度为37°C。Freundlich模型表明是多层吸附，最大吸附量为62 mg/g。MD模拟揭示了HSA上有三个结合位点与CN结合，结合能在-27.9至-24.4 kcal/mol之间，倾向于P1位点。吸附涉及静电、氢键和疏水相互作用，一些HSA残基与CN孔紧密相互作用。HSA蛋白冠通过降低表面能和引入空间排斥，减少了阳离子纳米颗粒的细胞毒性作用，限制了与细胞膜的相互作用并增强了生物相容性。

总的来说，这些研究强调了理论模拟和表面修饰策略在设计用于安全有效的生物大分子生物偶联的基于g-C₃N₄纳米材料中的重要性。

**4.6. 药物递送的理论方面**

Javed等人使用DFT计算评估了g-C₃N₄对两种抗癌药物卡铂和顺铂的负载效率。g-C₃N₄铂配合物的吸附能（E_ad）为负值，表明相互作用有利，主要通过N-H非键相互作用。这些相互作用增加了两个配合物的偶极矩，相对于g-C₃N₄载体，增强了它们在极性溶剂中的溶解度，促进了药物在生物系统中的运输。相对较弱的相互作用也支持药物在靶点的高效释放，这是有效药物递送的关键要求。这些计算见解提供了分子水平的理解，了解g-C₃N₄如何与抗癌药物相互作用，指导纳米载体的合理设计。HOMO-LUMO分析表明药物与g-C₃N₄之间存在电荷转移。激发态计算揭示了在气相中λ_max的红移，而在水相中蓝移，这与实验观察一致。分析了g-C₃N₄-顺铂复合物的光诱导电子转移过程，具有±1电荷态的g-C₃N₄显示出最小的结构畸变，与两种药物均形成稳定的复合物。总的来说，这些结果表明g-C₃N₄可以作为卡铂和顺铂的高效且生物相容的药物递送系统。类似的研究结果也已在姜黄素与g-C₃N₄的报道中出现。其他使用DFT和MD模拟的研究表明，抗癌药物橙皮素可以使用二维石墨相碳氮（GRP）作为纳米载体有效递送，证实了GRP作为高效靶向药物递送平台的潜力。这些理论研究共同突出了计算方法在预测和优化药物纳米载体相互作用中的作用，为g-C₃N₄基药物递送系统的实验设计提供了基础。

理论研究为g-C₃N₄平台的发展提供了预测性路线图，超越了简单的表征，转向系统的“理论-设计-功能”整合。在该框架中，DFT是电子“设计”的主要工具，允许研究人员预测结构修饰（如二维剥离、杂原子掺杂或缺陷工程）如何改变DOS和带边位置。例如，关于超薄纳米片中p-p轨道杂化的理论见解解释了从块状到二维结构以加速电荷分离的基本“设计”选择。这种设计直接决定了生物功能；通过最大化表面可用的载流子数量，材料被优化用于快速生成ROS，这是有效PDT和抗菌作用所需的关键“功能”。

此外，理论模拟允许优化特定的ROS途径，这是治疗像缺氧肿瘤这样复杂病理所必需的。虽然传统的光催化剂通常依赖于氧气依赖（II型）途径，但关于氮空位和单原子掺杂（例如Fe或Mn整合）的DFT计算揭示了CB和VB电位的移动，有利于不依赖氧气（I型）机制。通过计算这些修饰结构的吸附能和电荷重新分布，理论指导了催化剂的“设计”，使其能够分裂水或利用细胞内H₂O₂产生•OH自由基。这创造了与治疗优化的直接联系；预测这些电子变化的能力允许选择即使在肝纤维化或肝细胞癌的低氧微环境中也能保持高治疗效果的材料。

除了电子性质，MD模拟弥合了材料设计和生物相容性之间的差距。纳米载体的“设计”在理解其在复杂生理环境中的界面行为之前是不完整的。dsDNA解旋或蛋白质冠形成（例如HSA吸附）的MD快照提供了原子级视图，展示了g-C₃N₄如何与生物大分子相互作用。这些见解指导了“设计”修正，例如应用PEG或壳聚糖涂层以减轻意外的生物分子损伤。最终，这种整合方法确保生物功能不仅强大（高ROS产率），而且可控且靶向，确保纳米平台在体内以高特异性和最小脱靶毒性运行。

**5. 结论**

近年来，基于g-C₃N₄的材料在生物医学研究中引起了显著关注。本综述系统总结了在关键生物医学应用方面的进展，包括疾病治疗、成像、生物偶联和联合癌症治疗。毒性评估表明，这些材料具有生物相容性，可以与生命系统和谐共存，并在生物环境中表现出均匀的分散和高效的运输。虽然基于g-C₃N₄的材料在生物医学应用中展现出广泛的潜力，但大多数研究仍处于临床前阶段，临床转化受到体内稳定性、蓄积和潜在毒性等因素的限制。此外，与精确靶向、控制药物释放以及与复杂TME相互作用相关的挑战需要解决，以充分发挥其治疗潜力。未来的研究应着重于提高水溶性、增强近红外区域的激发和发射能力，以及优化体内的生物可降解性，以实现安全有效的临床应用。此外，计算建模、先进的表面功能化和多模态成像策略的整合可能会加速下一代基于g-C₃N₄纳米平台的理性设计，弥合实验室研究与临床转化之间的差距。

基于g-C₃N₄的材料因其无金属成分而被认为是高度生物相容且低毒性的，显示出最小的系统性或组织病理学损伤，其安全性概况通过表面功能化（如PEG化）得到额外改善，以确保安全循环和清除。

将这些平台转化为临床面临关于长期生物可降解性、避免脱靶蓄积和最小化免疫清除的关键挑战，同时确保可重复的良好生产规范标准仍然是一个重大障碍。此外，不可降解纳米颗粒在网状内皮系统中蓄积带来的慢性毒性风险，需要进一步开发生物可降解制剂。此外，TME内的致密纤维基质可能限制深层组织穿透，突出了优化纳米粒子设计的必要性。克服这些障碍对于确保g-C₃N₄基疗法在体内安全有效至关重要。

未来展望：该平台具有作为多刺激响应药物递送智能载体的潜力。通过触发免疫原性细胞死亡，它可以有效地将“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤，增强免疫检查点抑制剂（如抗PD-L1）的疗效。此外，整合仿生涂层（例如细胞膜）可以创建混合系统，延长系统循环并使载体能够绕过网状内皮系统。