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澳大研究團隊成功研發近紅外發光碳納米點

2022-09-27 15:27

澳門大學應用物理及材料工程研究院教授曲松楠的研究團隊提出熔合大共軛分子的策略,於國際上首次製備出在水溶液中近紅外波段發光效率最高的碳納米點。該碳納米點的製備成本低廉,不到商業近紅外染料ICG的百分之一,且其生物相容性好,安全無毒,為開發安全低成本的活體近紅外螢光成像試劑提供了新思路。該研究成果已發表於國際知名學術期刊《先進科學》(Advanced Science)。

與可見光(400-700nm)相比,近紅外光(700-1700nm)波長更長,對生物組織的穿透深度更深,更適合生物成像。碳納米點是一類新型的納米發光材料,因其成本低廉、合成簡便、生物毒性低等優勢備受關注。但是目前已報道的碳納米點的發光波長主要在可見光區域,調控碳納米點的發光帶隙一直是該領域的研究熱點。通過文獻調研,該團隊發現用小共軛分子如苯二胺等為原料合成的碳點的帶隙能被調控到紅色,但難以到達近紅外波段。理論計算表明,大約2 nm 粒徑的共軛碳點的光學帶隙即可達到近紅外波段,而目前報道的碳點多數都超過了這個尺寸,說明這些碳點的有效共軛程度不夠,進而很難實現窄的近紅外發光帶隙。

有鑑於此,團隊結合理論計算結果,提出熔合大共軛分子製備近紅外發光碳納米點的策略。團隊將含有五個苯環的苝四酸酐分子與尿素分子通過溶劑熱縮合,製備的碳納米點在水溶液中的主吸收峰和主發射峰均在近紅外波段,其近紅外波段的發光效率高達18.8%,是目前已報道的碳納米點材料的最高效率。在體內成像中,灌胃1小時後小鼠腸道發出的明亮 NIR 熒光信號,表現出高達 18 的高信噪比(S/N),證明了該碳納米點具有深層組織近紅外成像的能力。進一步地,在1300 nm 飛秒激光激發下的雙光子熒光發射進行小鼠耳部雙光子NIR FL血管造影。碳納米點的信號(紅色)在註射後15秒達到最高強度,小鼠耳部血管清晰可見。

該項研究的通訊作者為澳大應用物理及材料工程研究院教授曲松楠,論文的第一作者為澳大應用物理及材料工程研究院博士生劉鈺鵬、王剛及健康科學學院博士後雷海鵬。該項研究由國家優秀青年科學基金項目(港澳)(檔案編號:No. 61922091)、澳門特別行政區科學技術發展基金(檔案編號:0040/2019/A1,0073/2019/AMJ, 0011/2019/AKP,0128/2020/A3,0120/2020/A3,0026/2021/A,0131/2020/A3)、深港澳科技計劃項目(C類項目) (檔案編號:SGDX20210823103803021)、澳門大學資助(檔案編號:CPG2020-00026-IAPME 、SRG2019-00163-IAPME,MYRG2019-00103-IAPME,MYRG2020-00164-IAPME)。

全文內容可瀏覽:https://doi.org/10.1002/advs.202202283

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