具有強可見近紅外吸收和高光熱轉換的超碳納米點獲進展
2016-07-20 來源：中國聚合物網
近日，中科院長春光機所曲松楠研究員課題組首次研制出在可見-近紅外區具有強吸收和高光熱轉換效率的超碳納米點，該工作突破了碳基納米材料在可見到近紅外波段的吸收系數低的限制，并實現近紅外區高達53%的光熱轉換效率，為該類材料國際上報道的最高值，在開發基于碳納米點的光熱治療試劑方面具有重要的應用前景。該成果發表在國際著名光學類期刊《Light: Science & Applications》（SCI影響因子13.6）上（Light: Science & Applications, 2016, 5, e16120），第一作者為李迪副研究員。該工作獲得了中科院卓越青年科學家項目、吉林省中青年科技創新領軍人才及團隊項目和發光學及應用國家重點實驗室重大創新項目等項目的支持。
碳納米點具有發光性能優異、水溶性好、生物相容性高、低成本、易修飾等諸多優點，在生物醫療領域展現了獨有的優勢和應用前景。然而，由于缺少有效的能帶調控手段，現有的碳納米點光學吸收主要集中在紫外到藍光波段，吸收帶拖尾延伸至近紅外區，導致其在近紅外區的光吸收系數很低，這嚴重限制了其在長波長波段，特別是生物組織光學窗口的實際應用。針對這一難題，曲松楠課題組通過控制表面電荷分布不均的碳納米點的組裝，獲得了可見-近紅外區具有強吸收峰（λmax = 700 nm）和高光熱轉換效率（53%）的超碳納米點組裝體。該超碳納米點組裝體內，相鄰的碳納米點組裝單元通過可能的靜電相互作用和氫鍵形成組裝體，從而實現組裝單元間表面能級的空間交疊和電荷轉移，在可見-近紅外區形成了獨立的強吸收峰。該類超碳納米點具有良好的生物相容性，有潛力作為近紅外光熱治療試劑應用于腫瘤光熱治療。該工作不但獲得了長波長吸收的碳納米點，更為碳納米點光物理性能的調控提供了新的方法和思路。
圖1. 碳納米點組裝單元（左）和超碳納米點（右）的固體粉末（a）、溶液（b）以及紫外光照下（c）的光學照片；
碳納米點組裝單元和超碳納米點的吸收光譜（d）和發射光譜（e）。
圖2. 超碳納米點可能的結構形成、能級分布、吸收機制以及光熱效應原理圖。
圖3.（a）732 nm，1 W cm-2 激光輻照下不同濃度超碳納米點溶液升溫-時間曲線；
（b）732 nm激光不同功率輻照下超碳納米點溶液（100 ppm）的升溫-時間曲線；
（c）732 nm，1 W cm-2 激光輻照下超碳納米點、氧化石墨烯、碳納米點組裝單元溶液（100 ppm）的升溫-時間曲線；
（d）808 nm，1 W cm-2 激光輻照下不同濃度超碳納米點溶液升溫-時間曲線。
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（責任編輯：xu）
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