Carbon dots (CD's) zijn een soort nuldimensionaal koolstofhoudend nanomateriaal. Vanwege hun ultrakleine formaat (meestal minder dan 10 nm), eenvoudige synthese, lage toxiciteit, goed gedocumenteerde biocompatibiliteit en uitstekende lichtgevende eigenschappen, hebben cd's brede toepassingen, met name in bio-imaging en biomedische gebieden. Tot nu toe zijn efficiënte blauwe en groene emissies met fotoluminescentie-kwantumopbrengst (PLQY) van meer dan 60% gerapporteerd in verschillende cd-systemen, terwijl efficiënte pure rode-emitterende cd's nog steeds schaars zijn. Niet-invasieve in vivo fluorescentie (FL) beeldvorming vraagt ​​om een ​​ideaal werkend spectraal venster in rood tot NIR-bereik van 650-1450 nm. Daarom zijn CD's met sterke emissies in rood naar NIR-gebied in waterige oplossingen zeer gewenst.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light Science &Application , heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Songnan Qu van het Joint Key Laboratory van het ministerie van Onderwijs, het Institute of Applied Physics and Materials Engineering, University of Macau, Taipa, Macau SAR, China, en collega's een stapsgewijze solvothermische synthese ontwikkeld van rode emitterende FA-CD's van citroenzuur en ureum in FA zonder ingewikkelde zuiveringsprocedures.

Door de optische eigenschappen en chemische structuren van de solvothermische gesynthetiseerde monsters in verschillende oplosmiddelen te vergelijken, is het hoge gehalte aan elektronenzuigende C=O-groepen en het lage gehalte aan protondonerende −NH- en −OH-groepen op het oppervlak van FA-CD's verantwoordelijk voor hun zuivere rode emissie. Na componeren met BSA werden hoge PLQY tot 21,9% en significant verbeterde multi-foton rode FL gerealiseerd in FA-CDs@BSA waterige oplossingen. Zowel FA-CD's als FA-CD's@BSA vertoonden een zeer lage cytotoxiciteit en werden in vivo via de nieren uitgescheiden. Belangrijker is dat duidelijk in vivo rode FL-tumorbeeldvorming en twee-fotonrode FL-beeldvorming van muizenoorvaten werden gerealiseerd via intraveneuze injectie van FA-CDs@BSA waterige oplossingen.

"Voor zover wij weten, is dit de eerste keer dat FL-beeldvorming met twee fotonen in zoogdieren in vivo wordt gerealiseerd op basis van cd's. We verwachten dat deze studie het rationele ontwerp van goedkope sterke rode/NIR-emitterende cd's in waterig systeem kan bevorderen vanwege hun hoge prestatiebiologische toepassingen", aldus de wetenschappers.

Onderzoekers ontwikkelen twee-fotonenmicroscoop met groot gezichtsveld en hoge resolutie