日前, 中科院長春光機所研究員曲松楠課題組突破了碳納米點在近紅外波段發光效率低的難題, 首次研製出具有高效近紅外吸收/ 發光特性的碳納米點, 實現了基於碳納米點的活體近紅外熒光成像.
近年來, 曲松楠帶領課題組頻繁在高影響因子的期刊上發表文章. 2009年參加工作的曲松楠在工作幾年後就獨立帶課題組, 也因此被破格提升為研究員.
關注碳納米點
曲松楠指出, 發光碳納米點是新興的納米發光材料, 具有尺寸小 (小於20 納米) , 無毒, 發光性能好, 生物相容性好, 光穩定性好, 原料廣泛, 易修飾等優點, 引起國內外的廣泛關注.
早前, 發光無機半導體納米粒子的研究非常活躍, 但無機半導體納米粒子一般含重金屬內核 (鉛, 鎘) , 有一定毒性, 對環境也存在危害, 所以科學家們開始以一些無毒的化合物製備新的發光納米粒子.
2006年, 美國克萊蒙森大學的科學家們製造出一種碳納米粒子, 在光照的情況下, 可以發出明亮的光. 科學家們還發現發光碳納米粒子具有獨特的優點, 如化學穩定性, 無光閃爍, 耐光漂, 無毒, 造價比較便宜以及優異的生物相容性.
2012年, 時任長春光機所副研究員的曲松楠所在團隊發現, 利用碳納米粒子激發波長依賴的特性, 與有機染料配合, 在生物製品上可構築具有資訊加密的圖形, 這可以應用於資訊存儲和資訊加密中.
'這些獨特的性質使碳納米點走進我們的現實生活成為可能. ' 曲松楠告訴記者, 隨後他們團隊研製出一種新型的熒光墨水. '這種墨水可以應用到生物成像, 生物產品鑒定, 資訊存儲, 資訊加密, 防偽, 照明顯示, 感測, 光伏器件等多種領域. '
突破技術瓶頸
據悉, 碳納米粒子的發光機理研究及光譜調控是該領域的研究難點. 2013年以前, 國際上認為碳納米粒子在綠光波段的發射是源自碳納米粒子表面缺陷, 而這種發光來源被認為很難實現雷射.
為此, 曲松楠所在團隊通過調控碳納米粒子中的氮元素, 實現了碳納米粒子所發藍光和綠光的調控, 觀測到碳納米粒子在綠光波段的放大自發輻射現象, 並首次實現碳納米粒子在綠光波段的光泵浦雷射.
曲松楠回憶道: '當年, 我們通過比對試驗證明, 碳納米粒子的光穩定性優於傳統有機雷射染料, 預示碳納米粒子可以作為一類成本低, 綠色環保, 光穩定性好的新型雷射材料, 有望改變未來的照明世界. '
隨後, 曲松楠及其科研團隊在國際上首次提出 '超碳納米點' 的概念, 並研製出基於 '超碳納米點' 的水觸發 '納米熒光炸彈' , 使得碳納米點材料成為一種新型的智能發光材料.
現有的碳納米點吸收和發射譜帶主要位於紫外—可見區, 還不能實現在近紅外區的高效吸收和高熒光量子效率近紅外發光, 這嚴重限制了碳納米點在生物熒光成像特別是活體近紅外熒光成像中的應用.
最近幾年, 針對實現高效近紅外發光的難題, 曲松楠課題組通過對紅光碳納米點表面進行吸電子基團修飾及對碳基內核層有序結構的無序化調控, 在近紅外波段產生新的發光帶隙, 獲得了在近紅外光激發下具有高效近紅外發射的碳納米點, 熒光量子效率達到10% , 為國際最高值.
發高水平文章
不難發現, 曲松楠課題組在發光碳納米點能帶調控及應用領域開展了大量的研究. 曲松楠作為第一作者或通訊作者累計發表SCI 論文29 篇, 其中SCI影響因子10以上的論文6篇, 第一作者論文單篇SCI他引最高390次, 累計SCI引用1630次. 其中, 曲松楠發表的兩篇文章入選ESI (基本科學指標資料庫) 熱點和高被引論文, 進入最優秀的千分之一論文之列.
談及如何發表高水平的論文, 曲松楠謙虛地表示, 這方面沒有太多的技巧, 首先是研究方向一定要有價值, 有應用前景, 其次是研究內容一定要是本領域的核心難題和目前的主要挑戰. '這兩點滿足了, 發表的文章質量自然不會差. '
當前, 曲松楠制定的科研規劃是在10年內讓碳納米點在癌症診療領域達到臨床應用.
他說: '與現有納米發光材料相比, 發光碳納米點特別適用於生物活體的熒光成像與癌症診療藥物的研製. 此外, 碳納米點熒光壽命只有幾個納秒, 遠低於現有商用熒光粉, 在高頻寬可見光照明通訊領域具有重要的應用潛力. '
作為年輕的科研人員, 曲松楠建議年輕人搞科研首先看科研條件和發展潛力. '國家對科研人員的導向和各項機理措施越來越好, 年輕人只要肯幹, 方向對, 就會得到支援. ' 他也希望國家在人才政策上對東北有更多的傾斜, 並對青年科研人員在成果轉化方面給予更多的政策支援.