近日,我校材料與能源學院2017級博士研究生李唯為第一作者,劉應亮教授和雷炳富教授為共同通訊作者的研究論文“Enhanced Biological Photosynthetic Effciency Using Light Harvesting Engineering with Dual-Emissive Carbon Dots”(DOI: 10.1002/adma.201804004)在材料領域頂級期刊《Advanced Functional Materials》 (SCI工程技術一區,影響因子13.325)上在線發表,我校為論文第一通訊作者單位。

碳(量子)點作為一種新興的碳納米熒光材料,具有良好的水溶性、生物相容性和光穩定性,使其在生物成像、藥物載運、生物傳感器以及基因治療等方面具有巨大應用潛力,相對于動物細胞而言,碳點在植物細胞生物學中的應用較為滯后。在本研究中,通過將生物質——川黃柏粉進行一步水熱反應,獲得在水溶液中呈藍光和紅光雙發射的碳點。植物中的葉綠體是進行光合作用的主要細胞器,為了提高葉綠體的光合作用,該研究第一次報道將所制備的雙發射碳點與提取的葉綠體相結合以增加葉綠體對有用光的吸收。碳點可以吸收葉綠體利用率低的紫外光,并發射出和葉綠體吸收光譜相匹配的藍光和紅光,從而增加葉綠體的光捕獲能力并使得葉綠體光系統II中的電子轉移速率提高25%,ATP產量增加至2.8倍,從而提高了光合作用效率。此外,將這類碳點對活體植物進行培養,也發現碳點處理過的植物葉片內具有較高的電子轉移速率,增加了光合作用活性。這一方法和策略將納米(量子點)發光材料和植物功能化很好地結合在一起,擴展了雙發射碳點在植物上的新用途。
該論文是劉應亮教授團隊在繼Advanced Materials(2016, 28, 312-318)上發表的碳點制備與應用方面研究的又一高水平研究成果,為開拓納米(量子點)發光材料在農業領域特別是植物光合作用方面的應用提出了新的方向。