熒光碳納米點(diǎn)，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(diǎn)其發(fā)光性質(zhì)差異較大，尺寸依賴性和激發(fā)波長依賴性也不盡相同。碳點(diǎn)具有優(yōu)良的發(fā)光性、良好的生物相容性和低毒性。但是所得碳點(diǎn)大都發(fā)出藍(lán)色或綠色熒光，紅光以及近紅外等長波段熒光碳點(diǎn)很少見，這極大地限制了碳點(diǎn)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用. 在活體生物成像中，生物體內(nèi)本身存在的大量熒光物質(zhì)，受到激發(fā)后會(huì)產(chǎn)生非特異性熒光(大都為藍(lán)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(yōu)異長波發(fā)射的碳點(diǎn)是人們目前一直所追求的目標(biāo)。
（圖一 橙紅色聚合物碳點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路）
基于上述背景，吉林大學(xué)楊柏教授課題組設(shè)計(jì)制備了高熒光量子產(chǎn)率的橙紅色聚合物碳點(diǎn)，該聚合物碳點(diǎn)在發(fā)出波長為600nm的橙紅色熒光，其熒光量子產(chǎn)率為30.64%。
（圖二 橙紅色聚合物碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，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(diǎn)具有很強(qiáng)的雙光子熒光性質(zhì)，采用波長為800 nm的飛秒激光為激發(fā)光源，隨著我們所采用的飛秒激光強(qiáng)度的增加，樣品的雙光子熒光強(qiáng)度也隨之增加. 并且兩者為線性關(guān)系。這充分證明了我們所制備的橙紅光碳點(diǎn)具有雙光子熒光性質(zhì)。 這一性質(zhì)使激發(fā)光和發(fā)射光波長紅移，更容易的穿越活體組織，而且不受細(xì)胞自發(fā)熒光的影響。這對(duì)碳點(diǎn)領(lǐng)域在活體生物標(biāo)記的發(fā)展有著重要的意義。
（圖三 橙紅色聚合物碳點(diǎn)的激發(fā)依賴性質(zhì)和雙光子性質(zhì)）
我們還對(duì)樣品的毒性進(jìn)行了檢測(cè),將不同含量橙紅光碳點(diǎn)加入到150 μL培養(yǎng)基中(含104個(gè)細(xì)胞)，通過MTT分析證實(shí)，當(dāng)橙紅光碳點(diǎn)的加入量達(dá)到500 μg時(shí),細(xì)胞活性仍可達(dá)到90%，表明橙紅光碳點(diǎn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部并不會(huì)明顯減弱細(xì)胞活性。由于所制備的橙紅光碳點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)非常優(yōu)異：發(fā)射波長較長，熒光量子產(chǎn)率較高和出色的雙光子熒光性質(zhì)等，我們進(jìn)一步嘗試了橙紅光碳點(diǎn)的活體成像行為，將橙紅光碳點(diǎn)注射到小白鼠對(duì)的表皮，激發(fā)波長為540nm，接收波長為600nm，成功的接收到小白鼠體內(nèi)發(fā)出的橙紅色熒光，其熒光強(qiáng)度很高，信噪比很好。
（圖四 橙紅色聚合物碳點(diǎn)的在生物活體成像中的應(yīng)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(xiàng)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(項(xiàng)目號(hào)2016YFB0401701)和國家自然科學(xué)基金(基金號(hào) 51433003, 51373065)資助項(xiàng)目.
參考文獻(xiàn)
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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