近日，实验室金刚石光电材料与器件团队在碳点多光子成像和光热治疗领域取得进展，相关成果以“Near-Infrared I/II Emission and Absorption Carbon Dots via Constructing Localized Excited/Charge Transfer State for Multiphoton Imaging and Photothermal Therapy”为题发表在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》上。论文第一作者论文为实验室2020级博士生赵文博和药学院研究生陈丹丹，论文通讯作者为实验室刘凯凯副教授、单崇新教授和郑大药学院侯琳教授。

近红外(NIR)光因其无创控制、高分辨率和组织穿透深等优点，在医学领域被视为一种先进的诊断和治疗工具。近红外纳米材料包括近红外吸收和发射纳米材料，在生物诊断和治疗方面具有广阔的应用前景。碳点（CDs）作为一种新型的发光材料，具有高生物相容性、可调谐带隙和高发射效率等优点，在生命科学领域显示出巨大的应用潜力。实现具有红色/近红外发射的碳点，极大促进了其在生物诊断和治疗中的研究。尽管长波长发射CDs的研究取得了较大进展，但它们的吸收光谱峰通常位于较短的波长。将碳点的吸收和发射延伸到近红外一区（NIR-I）甚至拓展到近红外二区（NIR-II）生物窗口，仍是迫切需要的。

在这项工作中，研究人员通过构建局域激发态(LE)和电荷转移态(CT)，实现了具有NIR-I发射和NIR-II吸收的碳点。碳点中碳核周围的电子给体(D)和受体(A)基团导致D-π-A电荷转移态，产生强烈的电子推拉效应，将碳点的吸收拓展至NIR-II区域，NIR-II区域中最大吸收峰在1033纳米处。同时，大共轭sp2刚性内核中产生以670纳米为中心的NIR-I生物窗口发射。这种“双面神”碳点集成了NIR-I发射和拓展的NIR-II窗口吸收，使其在近红外光激发下具有良好的多光子成像和光热转换能力，具有高达29%的光致发光量子产率和41.19%的光热转换效率。最后该碳点成功被用于多光子激发的细胞成像与近红外光触发的光热治疗。上述研究成果为开发新型多功能的碳基纳米材料提供了新的思路。

该工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金和河南省杰出外籍科学家项目的支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722047106

图a为集成多光子成像和光热治疗“双面神”碳点的示意图；图b碳点的近红外区域的吸收光谱；图c为该碳点的发射光谱；图d为碳点的TEM图像以及图e为碳点的AFM图像。