曲松楠,澳门大学应用物理及材料工程研究院,教授。首批国家自然基金委优秀青年基金(港澳)项目获得者。在吉林大学材料科学与工程学院获得博士学位。2009进入中科院长春光学精密机械与物理研究所,发光学及应用国家重点实验室工作,2015年破格晋升为研究员,曾担任发光学及应用国家重点实验室党支部书记,纳米发光及应用研究室主任。2019年入职澳门大学应用物理及材料工程研究院,教授。
主要从事“碳纳米点发光及应用”研究,目前主要研究兴趣:(1)碳纳米点带隙可控的高效发光;(2)碳纳米点固态发光器件;(3)碳纳米点在生物成像及癌症诊疗中的应用。相关成果在Adv. Mater.,Light: Sci. Appl., Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名期刊上发表SCI论文150余篇,SCI引用12780余次,ESI高被引论文16篇,H因子56。获授权发明专利30余项,获得中科院卢嘉锡青年人才奖,中科院卓越青年科学家等荣誉。
作者在常压下对左氧氟沙星在固体熔融硼酸中进行热处理。粗产物(CDs@BA)呈现RTP-TADF双模余辉。纯化后的CDs水溶液作为墨水印在纸上(CDs@Paper)也表现出显著的RTP-TADF双模余辉。
CDs@Paper表现出激发依赖的余辉变色和前所未有的热致变色余辉。作者还首次在基于CDs的余辉材料中展示了双光子余辉,并实现了随时间变化的双光子余辉颜色。
此外,基于不同温度下CDs@Paper的磷光和TADF的强度比,也证明了在223~403 K的宽温度范围内的温度传感能力。
最后,作者设计了一种包含颜色和温度信息的三维动态编码,用于高层次的动态信息加密。
澳大曲松楠/扬大李奇军AM:单/双光子激发碳点的双模热致变色余辉用于高级动态信息加密(点击跳转全文解读)
Carbon Dots‐Inked Paper with Single/Two‐Photon Excited Dual‐Mode Thermochromic Afterglow for Advanced Dynamic Information Encryption.
https://doi.org/10.1002/adma.202403775
报道了一种利用光催化碳点(CDs)诱导癌细胞焦亡制备全癌细胞疫苗(WCCV)的简单策略。
光催化CDs能够产生大量羟基自由基,并能在白光照射下有效降低细胞质pH值。该过程通过活性氧(ROS)-线粒体-caspase - 3-gasdermin E途径和质子动力驱动的线粒体ATP合成途径有效触发癌细胞热亡。
光催化CDs诱导的焦噬癌细胞(PCIP)通过抗癌免疫记忆在黑色素瘤和乳腺癌小鼠模型中诱导特异性免疫预防作用,证明了WCCV的有效性。
Photocatalytic Carbon Dots‐Triggered Pyroptosis for Whole Cancer Cell Vaccines.
https://doi.org/10.1002/adma.202408685
本工作以富电子的碳点作为电子供体、含吸电子基团的2,3-二氰基对苯二酚(DCHQ)作为电子受体,通过二次溶剂热的方法制备了供体-受体型超碳点(supra-CDs)。
所制备的supra-CDs包含了作为电子供体的碳点组成的核心和作为电子受体的DCHQ组成的界面。电子受体的引入促进了supra-CDs内部的电荷分离和电子转移,在光照条件下,电子能够从富电子的核心转移到界面,并进一步和周围的游离氧气反应产生超氧自由基。
同时,光诱导产生的空穴相关自由基被稳定在supra-CDs的核心,氧化重要的生物底物,协同增强光动力抗肿瘤治疗效果。
此外,supra-CDs具有纳米尺度的粒径 (约20 nm),使其能够通过肿瘤组织特有的EPR效应富集在肿瘤组织中,从而在小鼠皮下肿瘤模型中实现令人满意的PDT治疗效果。
Donor‐Acceptor Type Supra‐Carbon‐Dots with Long Lifetime Photogenerated Radicals Boosting Tumor Photodynamic Therapy.
https://doi.org/10.1002/adfm.2401353
利用光吸收碳点和天然类囊体实现太阳能的收集和储存,基于复合生物光合系统的光电转换、制备得到一种新型光充电锌离子混合电容器。
在太阳光照射下,嵌入在类囊体中的CDs(CDs/Thy)可以将较少被吸收的绿光转化为类囊体吸收更高的红光;
此外,CDs和类囊体之间也发生Förster共振能量转移(FRET),这有助于类囊体光合作用过程中光电子的产生,从而使CDs/Thy混合光系统的光电流输出量比原始类囊体增加了6倍。
使用CDs/Thy作为锌离子混合电容器(ZHCs)的光阴极,光子混合电容器显示出光电转换和储存特性。CDs可以提高ZHCs的光充电电压响应至约1.2V,并在太阳光下显著增强了144%的电容。
Enhanced Light‐Harvesting and Energy Transfer in Carbon Dots Embedded Thylakoids for Photonic Hybrid Capacitor Applications.
https://doi.org/10.1002/anie.202308951
得益于交叉缩合立体聚合交联的抗水淬灭结构,高发光CDs在水中具有前所未有的光致发光量子产率(PLQY)超过97.2%。
利用法布里-泊罗腔(F-P腔)实现首个水溶液中的碳点基绿光激光。
此外,利用CDs染色蚕丝作为荧光转换覆盖层,制备了基于生物材料的白光二极管,实现了60.7 lm W−1的高发光效率,CIE色坐标为(0.33,0.35)。
Perylenedioic Acid‐Derived Carbon Dots with Near 100% Quantum Yield in Aqueous Solution for Lasing and Lighting.
https://doi.org/10.1002/adfm.2401353
首先,我们简单介绍了一般CDs和高发光CDs的光物理过程,以及CDs的三重态发射,包括磷光和延迟荧光。
其次,由于不同波段发光CDs的研究进展不一致,我们设定了各波段高发光CDs的PLQY下限。然后将各发光波段高效发光CDs的信息统计汇总成几个表格。我们还按波段综述了合成原料的选择和高发光CDs的研究进展。
第三,通过分析这些高发光CDs的例子,我们总结了导致CDs中高PLQY的结构特征,合成策略和必要的纯化程序。
然后,我们总结了高发光CDs在发光方面的应用,包括生物成像和诊断,发光二极管(LEDs),LSC和基于CDs的激光器。
最后,我们回顾了当前的研究现状,分析了存在的挑战,并提出了未来发展的可行方向。
Recent Advances in Highly Luminescent Carbon Dots.
https://doi.org/10.1002/adfm.2420587
采用一步法合成了表面改性轻金属的高效水相红光发射CDs (Na-CDs),其在水中的PL量子产率高达14%。
通过激光照射实现了CDs表面的电荷转移,部分钠离子被还原进入核心与sp2 C结构域配位,导致辐照后的Na-CDs (ir-Na-CDs)中NIR-II吸收首次增强。
ir-NaCDs@BSA与牛血清白蛋白(BSA)复合后,在1064 nm激光照射(1 W cm−2)下,显示出高效的红光发射,PLQY为31%,PTCE为43%。此外,ir-NaCDs@BSA在静脉注射后表现出无或低细胞毒性,并显示出肿瘤蓄积能力,从而实现了有效的肿瘤NIR-II PTT。
Combination of Efficient Red Fluorescence and High Photothermal Conversion in the Second Near‐Infrared Window from Carbon Dots through Photoinduced Sodium‐Doping Approach.
https://doi.org/10.1002/adfm.202402976
合成了一种具有低密度、可拉伸的网状结构的CDs交联蛋清水凝胶(CEWH)支架。CDs作为交联剂的引入促进了蛋白质肽链的展开和连接。我们的工作为开发基于蛋白质的水凝胶提供了一种有效的方法。
CEWH支架的低密度结构有利于体内炎症细胞的持续向内生长。这允许在植入区域持续调节免疫微环境。此外,CDs交联策略延长了材料的体内降解期,符合毛囊再生周期。
因此,CEWH诱导M2巨噬细胞聚集,使毛囊从静止期重新进入生长期。进一步证实了CEWH对皮肤修复的促进作用。
Carbon Dots Crosslinked Egg White Hydrogel for Tissue Engineering
https://doi.org/10.1002/advs.202404702
讨论了碳点纳米材料作为免疫治疗药物、疫苗和免疫指标检测材料的优势。
提出了碳点合成的原料选择原则和方法,使纳米材料具有可控的免疫调节功能。
讨论了碳点的表面化学性质,说明了碳点作为免疫治疗药物和抗原递呈载体的巨大优势。
提出了开发用于癌症治疗的碳点给药系统的四元理论。
讨论了目前碳点纳米材料在免疫相关疾病治疗中的局限性,并对其未来发展提出了新的展望。
Advancements in research on the carbon dots nanomaterials in immune modulate and immunotherapy.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157991
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回顾了近红外波段(≥700 nm)吸收和发射CDs的发展。
详细讨论了已报道的近红外碳点的制备方法。
总结其在近红外生物成像(荧光成像和余辉成像)、近红外光响应光疗(PTT、PDT、PCT、协同疗法)以及近红外发光(激光、LEDs和余辉信息加密)中的应用。
最后,对该领域当前面临的挑战和未来的发展方向进行了总结和展望。
Review on near-infrared absorbing/emissive carbon dots: From preparation to multi-functional application.
https://doi.org/10.1016/j.cclet.2024.110618
了解碳点的发光机制和调控其发射中心对推进其相关应用具有重要意义。本文通过控制溶剂热反应温度,系统地研究了自下而上合成CDs中多发射中心的形成过程。
在较低温度下(140°C, 140-CDs)合成的CDs具有较小的粒径(3-4 nm),主要发射黄绿色;而在较高温度下(180°C, 180-CDs)合成的CDs具有较大的粒径(8-9 nm),具有增强的红色发射和近红外(NIR)发射。
黄绿色和红色排放分别来自核心状态和表面相关状态,其排放可通过温控脱水和碳化过程进行调节。180-CDs的近红外发射中心清晰,是由于高温溶剂热处理过程中脱水和碳化过程加剧,碳核中自由基缺陷含量增加所致。
Regulation of the multi-emission centers in carbon dots via a bottom-up synthesis approach.
https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.109358
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通过用D-精氨酸修饰CDs,合成的 D-Arg@CDs 在水溶液中表现出增强的 FL 效率,同时保持其 55% 的光热转换效果。
此外,通过增加它们在肿瘤部位的积累,这些 CDs 在肿瘤治疗中的疗效显着增强,从而同时优化多种功能。
d-arginine-functionalized carbon dots with enhanced near-infrared emission and prolonged metabolism time for tumor fluorescent-guided photothermal therapy.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.09.135
制备了聚赖氨酸修饰的近红外发射碳点装配体(plys-CDs)来提高在光热治疗中的肿瘤富集效果。
plys-CDs的粒径约为40±8纳米,该粒径大小显著地增强了EPR效应。此外,聚赖氨酸修饰使碳点与水的相互作用减少,防止碳点在水中的荧光猝灭,并增强近红外荧光发射。
plys-CDs具有优秀的光热转换效率,高达54.9%。由于其更高效的肿瘤富集表现,plys-CDs的光热治疗效果更佳,从而实现了更有效的肿瘤消融。
Polylysine-modified near-infrared-emitting carbon dots assemblies: Amplification of tumor accumulation for enhanced tumor photothermal therapy.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.04.153
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得益于交叉缩合立体聚合交联的抗水淬灭结构,高发光CDs在水中具有前所未有的光致发光量子产率(PLQY)超过97.2%。
利用法布里-泊罗腔(F-P腔)实现首个水溶液中的碳点基绿光激光。
此外,利用CDs染色蚕丝作为荧光转换覆盖层,制备了基于生物材料的白光二极管,实现了60.7 lm W−1的高发光效率,CIE色坐标为(0.33,0.35)。
Recent advances in photo-responsive carbon dots for tumor therapy.
https://doi.org/10.1002/rpm.20240012