近日，物理學(xué)院、中原之光實(shí)驗(yàn)室單崇新教授團(tuán)隊(duì)在碳納米點(diǎn)的超長(zhǎng)余輝發(fā)光研究方面取得重要進(jìn)展。研究成果以題為“Photooxidation triggered ultralong afterglow in carbon nanodots”的論文發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Nature Communications》上，論文的第一作者為物理學(xué)院、中原之光實(shí)驗(yàn)室22級(jí)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(xué)為第一通訊單位。

余輝發(fā)光是指當(dāng)受到光源激發(fā)時(shí)在激發(fā)態(tài)存儲(chǔ)激發(fā)能，當(dāng)激發(fā)停止后，再將能量以光的形式緩慢釋放出來(lái)。在生物組織成像方面具有無(wú)背景噪聲、信噪比高和擾動(dòng)性低等優(yōu)勢(shì)，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(zhǎng)長(zhǎng)、壽命長(zhǎng)、水溶性好的生物相容余輝材料長(zhǎng)久以來(lái)是影響其在生物成像領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的重要難題。

針對(duì)上述問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)研究人員開(kāi)發(fā)了一種光氧化誘導(dǎo)策略來(lái)構(gòu)建近紅外余輝發(fā)光碳納米點(diǎn)，其余輝發(fā)光壽命可達(dá)5.9小時(shí)，可與稀土或有機(jī)長(zhǎng)余輝發(fā)光材料相媲美。結(jié)構(gòu)/超快動(dòng)力學(xué)分析和密度泛函理論模擬揭示了碳納米點(diǎn)中的長(zhǎng)壽命余輝發(fā)光是由于光氧化誘導(dǎo)碳點(diǎn)表面產(chǎn)生高能中間體，該中間體可以通過(guò)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(yīng)，能夠進(jìn)一步減緩其光氧化速率，延長(zhǎng)其發(fā)光壽命。近紅外長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射使其組織穿透深度達(dá)到20毫米。同時(shí)，該碳納米點(diǎn)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(kāi)發(fā)了余輝導(dǎo)航技術(shù)成功應(yīng)用于小鼠腫瘤組織精確切除，展示了其潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。該工作對(duì)于開(kāi)發(fā)用于指導(dǎo)臨床手術(shù)的余輝發(fā)光材料提供了新的研究思路。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、河南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助支持。

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

光氧化誘導(dǎo)碳納米點(diǎn)長(zhǎng)壽命近紅外余輝發(fā)射