長(zhǎng)春光機(jī)所研制出具有高效近紅外吸收/發(fā)射的碳納米點(diǎn)
近日,中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員曲松楠課題組突破了碳基納米點(diǎn)在近紅外波段發(fā)光效率低的難題,首次研制出具有高效近紅外吸收/發(fā)光特性的碳納米點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了基于碳納米點(diǎn)的活體近紅外熒光成像,并在近紅外-Ⅱ區(qū)(1400nm)激發(fā)下同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雙光子近紅外發(fā)射和三光子紅光發(fā)射,在基于碳基納米點(diǎn)的活體近紅外熒光成像研究中邁出重要一步。 發(fā)光碳納米點(diǎn)具有無(wú)毒、優(yōu)異的生物相容性,在生物醫(yī)療領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。生物組織對(duì)近紅外光(700−1700nm)的吸收和散射較弱,在近紅外區(qū)進(jìn)行活體熒光成像可以有效提高組織穿透深度并降低自熒光干擾,對(duì)其臨床應(yīng)用具有重要意義,F(xiàn)有的碳納米點(diǎn)吸收和發(fā)射譜帶主要位于紫外-可見(jiàn)區(qū),不能實(shí)現(xiàn)在近紅外區(qū)的高效吸收和高熒光量子效率近紅外發(fā)光,嚴(yán)重限制了碳納米點(diǎn)在生物熒光成像,特別是活體近紅外熒光成像中的應(yīng)用。 曲松楠課題組自2012年起,開(kāi)展發(fā)光碳納米點(diǎn)能帶調(diào)控及應(yīng)用的研究,先后開(kāi)發(fā)出高效水溶性綠光碳納米點(diǎn),實(shí)現(xiàn)碳納米點(diǎn)綠光光泵激光,實(shí)現(xiàn)基于碳納米點(diǎn)的噴水熒光信息打印,開(kāi)發(fā)出橙光波段發(fā)光效率最高的碳納米點(diǎn)、具有高效光熱轉(zhuǎn)換功能的超碳納米點(diǎn)。針對(duì)碳納米點(diǎn)帶隙難于調(diào)控到近紅外區(qū),并難于實(shí)現(xiàn)高效近紅外發(fā)光的難題,曲松楠課題組通過(guò)對(duì)紅光碳納米點(diǎn)表面進(jìn)行吸電子基團(tuán)修飾及對(duì)碳基內(nèi)核層有序結(jié)構(gòu)的無(wú)序化調(diào)控,使層狀碳基內(nèi)核外片層與核內(nèi)共軛結(jié)構(gòu)分離,在近紅外波段產(chǎn)生新的發(fā)光帶隙,獲得了在近紅外光激發(fā)下具有高效近紅外發(fā)射的碳納米點(diǎn),熒光量子效率達(dá)到10%,為國(guó)際最高值。以該碳納米點(diǎn)為熒光成像試劑,實(shí)現(xiàn)了小鼠胃部及血液循環(huán)過(guò)程中的活體近紅外熒光成像。同時(shí),以近紅外-Ⅱ區(qū)飛秒光激發(fā)該碳納米點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)多光子誘導(dǎo)的紅光/近紅外發(fā)射。在1400nm飛秒光激發(fā)下同時(shí)實(shí)現(xiàn)了雙光子誘導(dǎo)近紅外發(fā)射和三光子誘導(dǎo)紅光發(fā)射,該現(xiàn)象為國(guó)際上首次報(bào)道。該研究為碳納米點(diǎn)在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)發(fā)光調(diào)控以及開(kāi)發(fā)基于碳納米點(diǎn)的近紅外熒光成像試劑提供新的研究思路。 相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上,并被選為該期封面,副研究員李迪為論文第一作者,曲松楠為通訊作者。該研究得到了中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、吉林省中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才及團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、吉林省科技廳自然科學(xué)基金等的資助。 圖1. 通過(guò)表面吸電子基團(tuán)修飾后構(gòu)建近紅外吸收/發(fā)射碳納米點(diǎn)及其發(fā)光機(jī)制的示意圖 圖2. a),碳納米點(diǎn)@PVP復(fù)合物的吸收、發(fā)射光譜;b),以碳納米點(diǎn)@PVP復(fù)合物為成像試劑的近紅外熒光成像;c-d),小鼠胃部及尾靜脈注射后血液循環(huán)過(guò)程中的活體近紅外熒光成像。 |