[發明專利]產生二次諧波的摻雜石墨烯量子點及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810404227.0
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108559497B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 鄧小元;漆曉陽
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C09K11/65
• 分類號: C09K11/65;B82Y20/00;B82Y30/00;B82Y40/00;A61K49/00
• 代理公司: 廣東翰銳律師事務所 44442
• 代理人: 陳業勝;蘇少華

本發明涉及光電材料領域，具體提供一種摻雜石墨烯量子點及其制備方法及應用，該硼摻雜石墨烯量子點在激發光激發下產生二次諧波光。摻雜石墨烯量子點具備產生二次諧波光的特性，這種非線性光學信號為多光子光學成像提供一種全新的信號探針模式，可以替代現有的無機納米晶體二次諧波產生材料，并呈現良好的生物相容性；與現有的光致發光(PL)效應產生的熒光相比，所述摻雜石墨烯量子點產生的二次諧波光克服了光飽和、光漂白和光閃爍的缺陷,成像精度高,并允許長期、連續、極其快速和靈敏的探測。

技術領域

本發明涉及光電材料領域，具體涉及一種摻雜石墨烯量子點及其制備方法和應用。

背景技術

基于非線性光學信號的多光子顯微成像(Multiphoton Microscopic Imaging)是目前唯一為細胞識別、分子探測以及分子水平研究生物過程的機理和動態,特別是為活體細胞和組織研究提供亞微米級分辨精度、3D、非侵入式成像的先進光學技術手段。雙光子激發熒光(Two-Photon Excited Fluorescence，TPEF)及二次諧波(Second-HarmonicGeneration,SHG)非線性光學信號是其中首要利用的成像信號來源。

熒光是當前被生物學廣泛利用的工具。熒光作為信號探針被長期利用來觀察細胞生物的各個層次，從分子、到組織直至完整的器官。熒光顯微成像曾極度地改變了細胞和分子生物的研究。傳統的熒光顯微成像信號由單光子激發線性物理過程產生，利用共聚焦顯微成像系統實現。TPEF成像利用1931年Maria Goppert-Mayer的量子理論，即相同能量的兩個光子和一個分子作用，產生相當于具有雙倍能量的一個短波長光子的吸收所產生的激發。如果被激發的分子發熒光，它能發射單個熒光光子，效果就如同該分子是被一個高能量的光子激發一樣(即單光子激發熒光)。1990年，Denk等首次將TPEF現象應用在活細胞成像中。與傳統的基于單光子與物質相互作用的線性熒光共聚焦顯微成像相比，TPEF具有如下成像優勢：

(a)可實現清晰的光學3D斷層。單光子成像的吸收發生在整個聚焦激發光錐范圍內，引起整個激發光錐范圍內的激發。而TPEF由于依賴于兩個光子在焦平面的同時吸收，非聚焦平面發生的概率極小，因此通過物鏡聚焦的光在空間上的作用受限于焦點周圍，實現自動光學3D斷層成像，同時最大程度地降低了焦平面外的光損傷，有利于組織的長時間成像。

(b)成像深度深。對于普遍使用的熒光標記物，多光子吸收多發生在近紅外長波長范圍內(700-1000nm)。由于采用低能量的長波長激發光源，這使得光在具有強散射特性的生物組織中的穿透深度大大增加(散射隨著波長的增加呈四次方衰減)。TPEF在活體組織中的成像深度理論上可達到500微米。由于大多數組織缺乏明顯的內源性長波長單光子吸收體，長波長的使用也同樣引起組織較小的光致毒性。

(c)具有高的組織橫向分辨率(分辨精度為1-2um)，達到亞細胞級分辨精度。

另一方面，相較于傳統的有機小分子染料、有機蛋白如綠色熒光蛋白(GFP)，納米技術的近期發展為生物醫學光學成像提供了大量強且具有穩定熒光的納米材料，如(i)由II/IV和III/V族半導體元素形成的半導體量子點,無機硅納米粒子，金屬納米粒子,碳納米粒子，鑭系或稀土摻雜上轉換納米粒子等具有尺寸依賴光學和物理化學特性的納米晶體色團；(ii)具有尺寸依賴光學特性的其它非晶體納米粒子等。