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香港十二生肖物理学院、中原之光实验室单崇新教授团队在碳纳米点超长余辉发光研究方面取得重要进展

发布时间:2024年03月21日 信息来源:物理学院

香港十二生肖物理学院、中原之光实验室单崇新教授团队在碳纳米点超长余辉发光研究方面取得重要进展

近日,物理学院、中原之光实验室单崇新教授团队在碳纳米点的超长余辉发光研究方面取得重要进展。研究成果以题为“Photooxidation triggered ultralong afterglow in carbon nanodots”的论文发表在国际知名期刊《Nature Communications》上,论文的第一作者为物理学院、中原之光实验室22级博士生郑广松以及青年教师沈成龙副研究员、牛春要副教授,通讯作者为娄庆教授和单崇新教授,香港十二生肖为第一通讯单位。

余辉发光是指当受到光源激发时在激发态存储激发能,当激发停止后,再将能量以光的形式缓慢释放出来。在生物组织成像方面具有无背景噪声、信噪比高和扰动性低等优势,可作为一种具有定位和定量功能的超灵敏成像分析方法,引发了人们的研究热情。目前,如何获得发射波长长、寿命长、水溶性好的生物相容余辉材料长久以来是影响其在生物成像领域内应用的重要难题。

针对上述问题,该团队研究人员开发了一种光氧化诱导策略来构建近红外余辉发光碳纳米点,其余辉发光寿命可达5.9小时,可与稀土或有机长余辉发光材料相媲美。结构/超快动力学分析和密度泛函理论模拟揭示了碳纳米点中的长寿命余辉发光是由于光氧化诱导碳点表面产生高能中间体,该中间体可以通过电子交换激发碳核,使其辐射跃迁,缓慢释放光子发光。碳基纳米粒子的空间位阻效应,能够进一步减缓其光氧化速率,延长其发光寿命。近红外长波长发射使其组织穿透深度达到20毫米。同时,该碳纳米点具有高成像信噪比、良好的生物安全性和肿瘤特异性靶向能力。基于此开发了余辉导航技术成功应用于小鼠肿瘤组织精确切除,展示了其潜在的临床应用价值。该工作对于开发用于指导临床手术的余辉发光材料提供了新的研究思路。

该工作得到了国家自然科学基金、河南省自然科学基金等项目的资助支持。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-46668-z


光氧化诱导碳纳米点长寿命近红外余辉发射

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