近日，物理學院、中原之光實驗室單崇新教授團隊在碳納米點的超長余輝發(fā)光研究方面取得重要進展。研究成果以題為“Photooxidation triggered ultralong afterglow in carbon nanodots”的論文發(fā)表在國際知名期刊《Nature Communications》上，論文的第一作者為物理學院、中原之光實驗室22級博士生鄭廣松以及青年教師沈成龍副研究員、牛春要副教授，通訊作者為婁慶教授和單崇新教授，鄭州大學為第一通訊單位。

余輝發(fā)光是指當受到光源激發(fā)時在激發(fā)態(tài)存儲激發(fā)能，當激發(fā)停止后，再將能量以光的形式緩慢釋放出來。在生物組織成像方面具有無背景噪聲、信噪比高和擾動性低等優(yōu)勢，可作為一種具有定位和定量功能的超靈敏成像分析方法，引發(fā)了人們的研究熱情。目前，如何獲得發(fā)射波長長、壽命長、水溶性好的生物相容余輝材料長久以來是影響其在生物成像領域內應用的重要難題。

針對上述問題，該團隊研究人員開發(fā)了一種光氧化誘導策略來構建近紅外余輝發(fā)光碳納米點，其余輝發(fā)光壽命可達5.9小時，可與稀土或有機長余輝發(fā)光材料相媲美。結構/超快動力學分析和密度泛函理論模擬揭示了碳納米點中的長壽命余輝發(fā)光是由于光氧化誘導碳點表面產(chǎn)生高能中間體，該中間體可以通過電子交換激發(fā)碳核，使其輻射躍遷，緩慢釋放光子發(fā)光。碳基納米粒子的空間位阻效應，能夠進一步減緩其光氧化速率，延長其發(fā)光壽命。近紅外長波長發(fā)射使其組織穿透深度達到20毫米。同時，該碳納米點具有高成像信噪比、良好的生物安全性和腫瘤特異性靶向能力。基于此開發(fā)了余輝導航技術成功應用于小鼠腫瘤組織精確切除，展示了其潛在的臨床應用價值。該工作對于開發(fā)用于指導臨床手術的余輝發(fā)光材料提供了新的研究思路。

該工作得到了國家自然科學基金、河南省自然科學基金等項目的資助支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46668-z

光氧化誘導碳納米點長壽命近紅外余輝發(fā)射