據(jù)麥姆斯咨詢報道，澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究院教授曲松楠的研究團(tuán)隊提出熔合大共軛分子的策略，于國際上首次制備出在水溶液中近紅外波段發(fā)光效率最高的碳納米點(diǎn)。該碳納米點(diǎn)的制備成本低廉，不到商業(yè)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(fā)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(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）。
近紅外碳納米點(diǎn)的制備和吸收/發(fā)射光譜示意圖
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(diǎn)是一類新型的納米發(fā)光材料，因其成本低廉、合成簡便、生物毒性低等優(yōu)勢備受關(guān)注。但是目前已報道的碳納米點(diǎn)的發(fā)光波長主要在可見光區(qū)域，調(diào)控碳納米點(diǎn)的發(fā)光帶隙一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過文獻(xiàn)調(diào)研，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)用小共軛分子如苯二胺等為原料合成的碳點(diǎn)的帶隙能被調(diào)控到紅色，但難以到達(dá)近紅外波段。理論計算表明，大約2 nm 粒徑的共軛碳點(diǎn)的光學(xué)帶隙即可達(dá)到近紅外波段，而目前報道的碳點(diǎn)多數(shù)都超過了這個尺寸，說明這些碳點(diǎn)的有效共軛程度不夠，進(jìn)而很難實(shí)現(xiàn)窄的近紅外發(fā)光帶隙。
有鑒于此，團(tuán)隊結(jié)合理論計算結(jié)果，提出熔合大共軛分子制備近紅外發(fā)光碳納米點(diǎn)的策略。團(tuán)隊將含有五個苯環(huán)的苝四酸酐分子與尿素分子通過溶劑熱縮合，制備的碳納米點(diǎn)在水溶液中的主吸收峰和主發(fā)射峰均在近紅外波段，其近紅外波段的發(fā)光效率高達(dá)18.8%，是目前已報道的碳納米點(diǎn)材料的最高效率。在體內(nèi)成像中，灌胃1小時后小鼠腸道發(fā)出的明亮 NIR 熒光信號，表現(xiàn)出高達(dá) 18 的高信噪比（S/N），證明了該碳納米點(diǎn)具有深層組織近紅外成像的能力。進(jìn)一步地，在1300 nm 飛秒激光激發(fā)下的雙光子熒光發(fā)射進(jìn)行小鼠耳部雙光子NIR FL血管造影。碳納米點(diǎn)的信號（紅色）在注射后15秒達(dá)到最高強(qiáng)度，小鼠耳部血管清晰可見。
碳納米點(diǎn)的納米結(jié)構(gòu)、小鼠活體成像及耳部雙光子血管造影
該項(xiàng)研究的通訊作者為澳大應(yīng)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(yīng)用物理及材料工程研究院博士生劉鈺鵬、王剛及健康科學(xué)學(xué)院博士后雷海鵬。
論文信息：
https://doi.org/10.1002/advs.202202283
