近红外碳纳米点的制备和吸收／发射光谱示意图
澳门大学应用物理及材料工程研究院教授曲松楠的研究团队提出熔合大共轭分子的策略，于国际上首次制备出在水溶液中近红外波段发光效率最高的碳纳米点。该碳纳米点的制备成本低廉，不到商业近红外染料ICG的百分之一，且其生物相容性好，安全无毒，为开发安全低成本的活体近红外萤光成像试剂提供了新思路。该研究成果已发表于国际知名学术期刊《先进科学》（Advanced Science）。
与可见光（400-700nm）相比，近红外光（700-1700nm）波长更长，对生物组织的穿透深度更深，更适合生物成像。碳纳米点是一类新型的纳米发光材料，因其成本低廉、合成简便、生物毒性低等优势备受关注。但是目前已报道的碳纳米点的发光波长主要在可见光区域，调控碳纳米点的发光带隙一直是该领域的研究热点。通过文献调研，该团队发现用小共轭分子如苯二胺等为原料合成的碳点的带隙能被调控到红色，但难以到达近红外波段。理论计算表明，大约2 nm 粒径的共轭碳点的光学带隙即可达到近红外波段，而目前报道的碳点多数都超过了这个尺寸，说明这些碳点的有效共轭程度不够，进而很难实现窄的近红外发光带隙。
有鉴于此，团队结合理论计算结果，提出熔合大共轭分子制备近红外发光碳纳米点的策略。团队将含有五个苯环的苝四酸酐分子与尿素分子通过溶剂热缩合，制备的碳纳米点在水溶液中的主吸收峰和主发射峰均在近红外波段，其近红外波段的发光效率高达18.8%，是目前已报道的碳纳米点材料的最高效率。在体内成像中，灌胃1小时后小鼠肠道发出的明亮 NIR 荧光信号，表现出高达 18 的高信噪比（S/N），证明了该碳纳米点具有深层组织近红外成像的能力。进一步地，在1300 nm 飞秒激光激发下的双光子荧光发射进行小鼠耳部双光子NIR FL血管造影。碳纳米点的信号（红色）在注射后15秒达到最高强度，小鼠耳部血管清晰可见。
该项研究的通讯作者为澳大应用物理及材料工程研究院教授曲松楠，论文的第一作者为澳大应用物理及材料工程研究院博士生刘钰鹏、王刚及健康科学学院博士后雷海鹏。该项研究由国家优秀青年科学基金项目（港澳）（檔案编号：No. 61922091）、澳门特别行政区科学技术发展基金（檔案编号：0040／2019／A1，0073／2019／AMJ， 0011／2019／AKP，0128／2020／A3，0120／2020／A3，0026／2021／A，0131／2020／A3）、深港澳科技计划项目（C类项目) （檔案编号：SGDX20210823103803021）、澳门大学资助（檔案编号：CPG2020-00026-IAPME 、SRG2019-00163-IAPME，MYRG2019-00103-IAPME，MYRG2020-00164-IAPME）。
全文内容可浏览：https://doi.org/10.1002/advs.202202283
