熒光碳納米點，是單分散的、類似球形并且尺寸大都小于10 nm的碳納米顆粒。 不同方法制備的碳點其發光性質差異較大，尺寸依賴性和激發波長依賴性也不盡相同。碳點具有優良的發光性、良好的生物相容性和低毒性。但是所得碳點大都發出藍色或綠色熒光，紅光以及近紅外等長波段熒光碳點很少見，這極大地限制了碳點的進一步發展和應用. 在活體生物成像中，生物體內本身存在的大量熒光物質，受到激發后會產生非特異性熒光(大都為藍色熒光)，這種“背景噪音”使得活體熒光成像的信噪比較低，從而降低了分辨率和靈敏度。 因此，制備具有優異長波發射的碳點是人們目前一直所追求的目標。
（圖一 橙紅色聚合物碳點的設計思路）
基于上述背景，吉林大學楊柏教授課題組設計制備了高熒光量子產率的橙紅色聚合物碳點，該聚合物碳點在發出波長為600nm的橙紅色熒光，其熒光量子產率為30.64%。
（圖二 橙紅色聚合物碳點的結構，主要是由C, N, O組成，而且沒有明顯的晶格）
更重要的是，所得的橙紅光碳點具有很強的雙光子熒光性質，采用波長為800 nm的飛秒激光為激發光源，隨著我們所采用的飛秒激光強度的增加，樣品的雙光子熒光強度也隨之增加. 并且兩者為線性關系。這充分證明了我們所制備的橙紅光碳點具有雙光子熒光性質。 這一性質使激發光和發射光波長紅移，更容易的穿越活體組織，而且不受細胞自發熒光的影響。這對碳點領域在活體生物標記的發展有著重要的意義。
（圖三 橙紅色聚合物碳點的激發依賴性質和雙光子性質）
我們還對樣品的毒性進行了檢測,將不同含量橙紅光碳點加入到150 μL培養基中(含104個細胞)，通過MTT分析證實，當橙紅光碳點的加入量達到500 μg時,細胞活性仍可達到90%，表明橙紅光碳點進入細胞內部并不會明顯減弱細胞活性。由于所制備的橙紅光碳點的光學性質非常優異：發射波長較長，熒光量子產率較高和出色的雙光子熒光性質等，我們進一步嘗試了橙紅光碳點的活體成像行為，將橙紅光碳點注射到小白鼠對的表皮，激發波長為540nm，接收波長為600nm，成功的接收到小白鼠體內發出的橙紅色熒光，其熒光強度很高，信噪比很好。
（圖四 橙紅色聚合物碳點的在生物活體成像中的應用）
盧思宇博士生是該論文的第一作者，楊柏教授為通訊作者。該項工作得到國家重點研發計劃課題(項目號2016YFB0401701)和國家自然科學基金(基金號 51433003, 51373065)資助項目.
參考文獻
Si-yu Lu, Bai Yang. One Step Synthesis of Efficient Orange-red Emissive Polymer Carbon Nanodots Displaying Unexpect Two Photon Fluorescence. Acta Polymerica Sinica, 2017, (7): 1200 - 1206
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- 重慶理工大學楊朝龍教授團隊《Small》綜述： 具有動態發光效應的長壽命碳點室溫磷光材料 2023-01-12
