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首先 , 该研究的红光碳点发射峰在近红外 1 区 , 有利于生物成像;其次 , 绝对量子产率高达 73% , 所以在太阳光下肉眼能看到红色荧光 , 这非常难得;再后 , 半峰宽只有 20 纳米 , 这意味着很容易从背景荧光中脱颖而出 。
通俗解释一下 , 就是把红光碳点和其他几种同样发光量子产率很高、半峰宽在 100 纳米以上的发光物质(大多数发光纳米粒子、生物质都这样)混合在一起 , 最终红光碳点信号要强几倍 , 即发光峰强度要大几倍 , 从而可完全排除生物背景荧光的干扰 。
为了养蚕取丝 , 碳点要安全无毒、还得生物相容性好 。 这样的话 , 碳点合成的原料最好是生物质 , 而不是有毒的化学分子 。 一般来说 , 红光发射的碳点内部要有较大的 sp2 共轭结构 , 通常要用多环和杂环芳香化合物合成才能得到 。 而这些原料毒性都很大 , 反应产物也很复杂 , 需要多步提纯 。
生物质合成的碳点 , 几乎都是发射蓝绿色荧光的 , 大多数都是亲水的 , 喂蚕之后很快就通过蚕沙排泄 。 所以 , 找到这样的碳点合成方法就用掉熊焕明两年的时间 。 在化学实验室同时养几千条蚕可不是一件容易事 , 要恒温恒湿 , 还要隔绝各种化学污染 , 学生每天清理蚕沙桑叶 , 生怕蚕宝宝挂掉 。
蚕养到五龄的阶段特别能吃 , 大部分碳点都通过蚕沙排泄了 , 小部分才能进入丝腺体 , 这意味着合成碳点既要产量大、还要周期短 , 保证每批次碳点质量都相同才行 。
【复旦团队以桑叶为原料制备碳点,荧光绝对量子产率73%,用于纺织品和生物给药】最后 , 各种颜色的蚕丝市面上都有 , 大部分是通过有机染料染色得到的 , 也有基因工程的杰作 。 但是 , 基因工程成本高、周期长 , 还会因为基因编辑错误产生有病甚至有害的物种 , 而有机染料很多是有毒的 , 特别是生产和染色阶段会产生大量污染环境的排放 。
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从该研究的实验结果看 , 碳点养蚕吐丝化蛾足以证明碳点的生物安全性 。 而碳点的合成应用成本 , 肯定比基因工程低得多 。 喂蚕带来的负面影响 , 如果有的话也仅限于一代蚕 , 不存在基因错误后患无穷的危险 。 因此 , 用安全无毒的荧光饲料喂养家蚕获得荧光蚕丝是最经济、最安全、最实用的路线 。
对于该研究 , 第一位审稿人评价称 , “这篇引人入胜的论文涉及通过碳量子点的荧光丝 , 这是一个有趣的研究领域...... 特别是因为他们的碳点具有极好的生物相容性......如论文中的图 5 所示 , 对荧光蚕丝形成的生物学过程的完整解剖分析以及重要的透射电镜分析令人印象深刻 。 令人赞叹的是 , 这种微观层面的过程现在可以通过荧光成像进行监测 , 而且肉眼可见 。 ”
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第二个审稿人写道:“作者描述了用溶剂热技术从桑叶中合成碳点(CDs) 。 CDs 在溶液中呈现近红外发射(676nm) , 被用作丝素蛋白的荧光染料 。 从技术上讲 , 他们将荧光染料涂在桑叶上用来喂蚕 , 经过一个生长周期 , 他们得到了自身具有荧光的丝素蛋白 。 ”
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该研究要从 2017 年说起 , 当时熊焕明在申请国家自然科学基金 , 把碳点养蚕写进了申请书研究内容里 。 该项目获得了批准 , 编号为 21771039 , 项目名字为“全彩色高效发光碳点的精准合成与分离及其生物技术应用” 。
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