陽春三月，草長鶯飛。《Carbontech Magazine》編委會特別邀請到安徽大學畢紅教授，針對碳點領(lǐng)域的研究發(fā)展和未來應(yīng)用進行了交流探討。本文根據(jù)畢紅教授的專訪內(nèi)容整理編輯。

安徽大學材料科學與工程學院博士生導師

中國抗癌協(xié)會腫瘤光動力治療專委會常務(wù)委員

畢紅，安徽大學材料科學與工程學院博士生導師，三級教授，納米生物材料團隊負責人。中國抗癌協(xié)會腫瘤光動力治療專委會常務(wù)委員。主要研究領(lǐng)域：納米生物材料、碳點基發(fā)光材料和儲能材料。迄今主持了 5 項國家自然科學基金和多項省部級項目，累計獲得經(jīng)費 500 多萬元。近年來，在碳點基成像試劑、光診療劑、碳量子點發(fā)光材料等的合成及其在生物醫(yī)學中的應(yīng)用方面取得了多項原創(chuàng)性研究成果。相關(guān)研究成果以通訊作者或者共同通訊作者在 Adv. Mater. 和 Angew. Chem. Int. Ed. 等學術(shù)期刊上發(fā)表了 108 篇被 SCI 收錄的論文，英文合著 2 本，被引用2500 余次，h-index 26（排除自引）。獲得 20 項中國發(fā)明專利授權(quán)和 1 項荷蘭發(fā)明專利授權(quán)。此外，擔任多種國際期刊的審稿人和客座編輯。曾獲得安徽省自然科學三等獎 1 項、省級教學成果三等獎 1 項、以及第五屆中國創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽（浙江）暨 2020 年浙江省技術(shù)需求“揭榜掛帥”大賽生物醫(yī)藥行業(yè)現(xiàn)場賽一等獎。多次入選“全球頂尖前 10 萬科學家”。指導大學生創(chuàng)新團隊獲得第九屆“挑戰(zhàn)杯·中國聯(lián)通”安徽省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽銀獎和第七屆安徽省“互聯(lián)網(wǎng) +”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銀獎。

畢紅教授課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/bihong

脫穎而出，小而美的碳納米材料

2004 年，美國南卡羅萊納大學 Walter A. Scrivens 教授等人在分離純化電弧放電法制備單壁碳納米管時，得到了分子量不同的三組熒光碳納米顆粒。他們發(fā)現(xiàn)在紫外燈照射下，這些碳納米顆粒分別發(fā)出藍綠色、黃色和橘紅色的熒光，且最大發(fā)射波長隨著顆粒尺寸的增大發(fā)生紅移。而在 2006 年，美國克萊蒙森大學孫亞平教授等將石墨粉末與粘合劑混合制成的碳靶進行激光燒蝕熱處理，所得材料經(jīng)過氧化、表面修飾后得到了熒光性能較好的碳納米顆粒，并被成功應(yīng)用于細胞顯影。在這一工作中，這些碳納米顆粒被首次命名為碳點。

吉林大學楊柏教授，南京大學朱俊杰教授，蘇州大學康振輝教授，意大利的里雅斯特大學 Prato 教授，德國埃爾朗根 - 紐倫堡大學Guldi 教授，香港中文大學 Rogach 教授和鄭州大學盧思宇教授等諸多研究團隊，都曾以名稱、概念、合成手段和發(fā)光機理等為切入點撰寫過碳點相關(guān)研究進展和未來發(fā)展趨勢的綜述文章?！坝幸稽c是大家普遍接受的，碳點是一個 Big Family，包括碳納米點、碳量子點、石墨烯量子點、碳化聚合物點，還有少部分人提及的石墨化點等，這些都是涵蓋在碳點這個大家庭內(nèi)”畢紅教授說到。

那么，什么樣的物質(zhì)才能被稱為碳點（Carbon Dots）呢？碳點要有一個包含 60%-70% 以上碳元素含量的碳核，尺寸要小于10 nm，表面有大量有機官能團（如羥基、羧基、氨基等）。盡管這些表面基團對碳點的發(fā)光和表面性質(zhì)起到非常重要的作用，然而碳點的主體依然是以sp2 雜化為主的碳核?！疤键c最突出的性質(zhì)是其優(yōu)異的光學性質(zhì)，具有光致熒光、光致磷光，或者電致發(fā)光等特性，有如此結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特征的材料方可稱之為碳點。此外，碳點的合成路徑、方法和產(chǎn)率一定要有可重現(xiàn)性，其表面官能團中氫、氧、氮等元素含量的測試結(jié)果應(yīng)該要相對固定。從合成方法到結(jié)構(gòu)組成，再到其性質(zhì)皆是可重復(fù)、可控的，這樣才是一種自然的客觀存在、毋容置疑的碳點材料”，畢紅教授說到。上述碳點的概念也得到了業(yè)內(nèi)絕大部分從事碳點研究人員的認可。

方興未艾，碳點研究正在進行時

自 2004 年首次被發(fā)現(xiàn)，碳點材料涉及越來越多的研究方向和應(yīng)用領(lǐng)域，而每一個具體的方向和領(lǐng)域都有亟待解決的問題。雖然歷經(jīng)近十八年的積累，仍是一個處于蓬勃發(fā)展中的研究領(lǐng)域?！疤键c研究的進展確實比較迅速，發(fā)現(xiàn)之初大家的認識并沒有那么深入，通過共同的努力和不斷深化的研究，人們會對碳點研究領(lǐng)域之前的一些現(xiàn)象、概念等去重新認識和定義，”畢紅教授說到，“比如，研究者們對碳點的概念名稱一直以來有一定程度的爭議，這些辯論和爭議的過程不是一種簡單的互相否定，而是科學發(fā)展和前進過程當中的一種必然，對科技發(fā)展是非常好的一件事情，真理越辯越明?！?/p>

在 Web of Science 上， 以 Carbon Dots（CDs， 碳 點 ）、Carbon Quantum Dots（CQDs， 碳量子點 ）、Graphene Quantum Dots（GQDs， 石墨烯量子點）、Carbonized Polymer Dots（CPDs，碳化聚合物點）、Carbon Nanodots（CNDs，碳納米點）等關(guān)鍵詞疊加搜索，得到碳點相關(guān)的研究文章分別從 2004~2006 年開始的27篇、43篇和44篇迅猛增長到 2019~2021 年的 2707 篇、2885 篇和 3437 篇，而到了 2022 年，僅在剛剛過去的 2 個多月時間里，就已經(jīng)有 603 篇研究成果發(fā)表?！皬恼撐陌l(fā)表層面的情況看，數(shù)量呈現(xiàn)一個逐年快速上升的趨勢，特別是 2021 年已經(jīng)突破了 3 千篇，是碳點剛發(fā)現(xiàn)時候發(fā)文數(shù)量的 100 多倍，說明碳點領(lǐng)域的研究正處于一個蓬勃發(fā)展的時期。”畢紅教授說到，中國學者在這方面貢獻了非常多的開創(chuàng)性工作，從事碳點研究的人員數(shù)量也是逐年增長。

近些年來，無論是在碳點的合成還是在碳點的發(fā)光機理研究方面，中國科學家為推動碳點領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出的貢獻，涌現(xiàn)出很多創(chuàng)新性成果。代表性的有，楊柏老師提出的碳化聚合物點的分子態(tài)發(fā)光、交聯(lián)增強發(fā)射（CEE）機理以及最近發(fā)現(xiàn)的限域交聯(lián)增強發(fā)射效應(yīng)；康振輝老師從量子點的角度闡述了碳點理論模型并審視碳點的研究進展。此外，美國、俄羅斯、意大利、德國、西班牙、韓國、法國、日本、印度、巴西、伊朗、土耳其、希臘、塞爾維亞、新加坡等十幾個國家和地區(qū)，也有非常多的研究課題組在持續(xù)關(guān)注和從事碳點的研究工作，并有許多漂亮的研究成果報道見刊?！?014 年的時候，我看到印度理工學院有教授在從事碳點相關(guān)的研究工作，后來我也審過來自印度、法國、意大利、韓國和西班牙等國的研究小組關(guān)于碳點的文章稿件?！碑吋t教授說到。

“近年來，碳點領(lǐng)域的最新研究成果不斷見諸于國際材料和化學的頂尖期刊，碳點領(lǐng)域的研究在國際范圍內(nèi)得到高度的認可，這將更有利于碳點領(lǐng)域的發(fā)展。當然，碳點目前還是一個相對小眾的研究領(lǐng)域，處于需要大家努力把碳點領(lǐng)域往前推進、擴大影響力的一個階段，還在向上的成長期，遠遠沒有達到研究的旺盛期?！爱吋t教授補充道。

合作共贏，相互借鑒推動共同進步

國內(nèi)碳點的研究工作已然如火如荼，“國際同行的研究成果也有值得我們借鑒的地方，同時還要加強交流學習和合作”畢紅教授強調(diào)。例如，Prato 教授總結(jié)了碳點的可控合成、提純、表面修飾、和結(jié)構(gòu)表征等標準化流程工作，得到業(yè)內(nèi)的高度認可?！拔覀兂Ｒ?guī)的碳點制備會經(jīng)過抽濾、透析、過柱子等三個主要純化步驟，Prato 教授認為有一些手性碳點可能需要通過 HPLC（高效液相色譜柱）來獲得純度更高的碳點材料。如果未來碳點想要在醫(yī)藥領(lǐng)域取得成功應(yīng)用，上述觀點就非常有借鑒意義。”畢紅教授說到。

如果把碳點看做一個化學大分子，就涉及 HOMO-LUMO 能級和 π 電子共軛；如果當成半導體量子點，就存在價帶和導帶。香港中文大學 Rogach 教授針對上述研究，建立了能帶調(diào)控模型并進行理論計算，提出了一整套的理論與實驗，將碳點的發(fā)光機理研究推向了新的理論高度。

一個新生事物的產(chǎn)生總會伴隨著爭議，例如碳點的概念，但是碳點材料有一些共性還是得到大家一致認可。從科學發(fā)展的角度來看，越有爭議越好，影響力就會隨之擴大?！拔覀兛隙ㄊ切枰蛧H同行之間加強相互交流學習，比如我們課題組和俄羅斯科學院的科學家一直保持合作，大家遇到新的問題會發(fā)郵件咨詢討論，或者視頻會議討論，最后達成一致意見。他們提出的諸多問題讓我們對碳點的認識得到深化，認知得到提高，獲益匪淺，”畢紅教授說到，“碳點的基礎(chǔ)研究更應(yīng)該注重同國內(nèi)外同行進行交流合作，因為每一位科學家都有其看待問題的獨特視角。一點個人的體會就是，應(yīng)該加大國際交流合作的力度，共同推動碳點領(lǐng)域向前發(fā)展”。

層見疊出，應(yīng)用廣泛場景價值大

克萊蒙森大學的孫亞平教授發(fā)現(xiàn)碳點可以用在細胞顯影上；蘇州大學康振輝教授團隊在 Science 上發(fā)表了碳點在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用研究；中科院寧波材料所林恒偉教授團隊（現(xiàn)在江南大學）發(fā)現(xiàn)了碳點的磷光可用于防偽；鄭州大學盧思宇教授團隊研究了碳點的電催化性能及其在能源領(lǐng)域的應(yīng)用；華南農(nóng)業(yè)大學劉應(yīng)亮、雷炳富、胡超凡教授團隊將碳點運用于農(nóng)業(yè)科技上；中南大學紀效波教授團隊拓展了碳點在鋰電池和超級電容器中的應(yīng)用；東南大學吳富根教授團隊將碳點用于抗菌消毒；鄭州大學李朝輝教授將碳點用于靶向細胞器的檢測試劑盒；中科院理化所葛介超研究員、中南大學藍敏換教授等，各自分別把碳點作為光敏劑，從事光動力治療、光熱治療等光療方面的應(yīng)用研究……，還有非常多的其他研究組，使用碳點在光電、催化、能源環(huán)保、生物醫(yī)學和病毒檢測防疫等領(lǐng)域進行科學與應(yīng)用研究。

常見的碳點發(fā)光是在可見光領(lǐng)域，而基于結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，進一步拓展發(fā)光波長范圍是目前碳點領(lǐng)域的一個研究熱點?！拔覀冏罱l(fā)表的研究工作就是碳點在深紫外 B 波段（UVB）發(fā)光，這種 UVB碳點無論是在分散態(tài)還是聚集態(tài)，光致發(fā)光都是在 290~310 nm 波長”，畢紅教授說到。另外，澳門大學曲松楠教授、復(fù)旦大學熊煥明教授等的研究，聚焦碳點在紅光、近紅外的長波長發(fā)光和非線性光學性質(zhì)，主要應(yīng)用于雙光子共聚焦和生物活體成像?！坝纱丝梢?，碳點發(fā)光的應(yīng)用研究有朝向短波長和長波長兩端發(fā)展的趨勢”，畢紅教授補充說到。近期，上海大學王亮教授在碳點用于機器學習領(lǐng)域也有非常新穎的研究成果；熊煥明教授用碳點喂食蠶寶寶，得到了非常漂亮的多彩熒光絲；北京師范大學范樓珍教授發(fā)現(xiàn)碳點能靶向癌細胞，并且將碳點應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）中，最近她們和北京化工大學譚占鰲教授合作將碳點應(yīng)用于電致發(fā)光和太陽能電池領(lǐng)域中，也是一種市場用途非常廣泛的應(yīng)用場景。

碳點在生物醫(yī)學領(lǐng)域，例如熒光成像、載藥、腫瘤診斷、癌癥治療等方面都具有重要的應(yīng)用價值，而被業(yè)界視為‘Next Big Small Thing’（引自 2012 年著名科研新聞網(wǎng)站 Phys.org 對美國萊斯大學 Pulickel M. Ajayan 教授課題組的采訪）?！疤键c現(xiàn)在具有豐富的應(yīng)用場景，涵蓋了人們生產(chǎn)、生活的方方面面”，畢紅教授說到，“制備碳點的碳源非常廣泛，不同種類的碳點表面基團不一樣，比如我們最近發(fā)現(xiàn)源自胭脂蟲紅的碳點具有很好的保濕抗氧化性能，有望用在化妝品或者護膚品上。”

“碳點的應(yīng)用確實非常廣泛，沒有理由不推動碳點的產(chǎn)業(yè)化研究，目前國內(nèi)已有不少課題組正在致力于碳點的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)。如何實現(xiàn)宏量制備、如何最小化批次差異、如何拓寬市場需求是制約碳點產(chǎn)業(yè)化進程的三個主要瓶頸”畢紅教授強調(diào)。

任重道遠，產(chǎn)學研轉(zhuǎn)化道阻且長

碳點的研究，就像前期的碳納米管、富勒烯、石墨烯等納米碳材料一樣，經(jīng)過十年二十年甚至更長時間的基礎(chǔ)研究，一定是要走向產(chǎn)業(yè)化的?！斑@樣這種材料才會有生命力。決定材料生存最重要的法則之一就是這種材料應(yīng)該有其應(yīng)用場景，如果沒有應(yīng)用，可能會浪費諸多財力物力、時間精力和公眾資源”。而基于現(xiàn)有的研究態(tài)勢，碳點必將走進產(chǎn)業(yè)化道路?！拔覀?nèi)⒂^過中科院上海微系統(tǒng)所丁古巧老師的實驗室和公司，丁老師是把石墨烯材料從實驗室階段一步步做成產(chǎn)品，非常值得碳點材料的產(chǎn)學研借鑒?！碑吋t教授談到。

“碳點走向產(chǎn)業(yè)化，其中一個關(guān)鍵點就是產(chǎn)量—大規(guī)模制備合成?！痹趯嶒炇依铮?jīng)過諸多操作步驟制備的碳點大多只有毫克/克量級，這嚴重阻礙了碳點材料在實際當中的應(yīng)用，目前已經(jīng)有很多研究人員在嘗試和努力攻克該難題。例如，南京工業(yè)大學陳蘇教授、中南大學紀效波教授等研究團隊都在致力于宏量（公斤級）制備碳點功能材料，這種宏量制備合成的碳點材料依然具備碳點的基本性質(zhì)?！疤键c的規(guī)?；a(chǎn)品，可以簡單劃分為滿足不同應(yīng)用等級要求的工業(yè)品級，實驗級產(chǎn)品等，如果宏量制備這個問題能解決，碳點通向應(yīng)用場景的第一道門檻將不復(fù)存在”畢紅教授說到。

另外一個關(guān)鍵點是批次差問題。即同樣的原料、同樣的合成方法，每一批次合成的碳點產(chǎn)品性能參數(shù)是一致的，就能實現(xiàn)穩(wěn)定的產(chǎn)品供貨?！叭绻?A 和 B 兩人使用相同的原料和制備工藝，可以分別得到結(jié)構(gòu)和性能一致的碳點材料產(chǎn)品，就證明其批次差很小，這樣的碳點就實現(xiàn)了跨越產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的第二道門檻“畢紅教授說到。同時在相隔相對久遠的不同時間段，生產(chǎn)獲得的碳點產(chǎn)品沒有差異，可以證明其質(zhì)量是非常穩(wěn)定的，“產(chǎn)品的質(zhì)量可以做到一個很好的控制”畢紅教授強調(diào)。

第三個產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵問題就是碳點的應(yīng)用場景問題，產(chǎn)品要賣給誰？哪些客戶需求碳點材料？碳點材料的發(fā)展既要有一個旺盛的市場應(yīng)用需求，又要能滿足具體的五花八門的應(yīng)用要求。

“從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的進程當中，還要付出很多的努力，市場和實驗室研究并不能百分百對接得上，市場需求更加的實際、更加的精細化，要求更加具體的性能參數(shù)”。畢紅教授用親身參與的案例，介紹了碳點在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)歷。如果把碳點做為光敏劑用于光動力或者光熱治療，因為涉及到人體，在進行臨床試驗前，必須要把碳點產(chǎn)品在國家藥品監(jiān)督管理局申報一類原創(chuàng)性新藥資質(zhì)，需要獲批一個臨床前批件，而獲得批件需要毒理、藥理、功效等第三方檢測認證，不僅周期長、而且耗資較大。

“之前我們和相關(guān)有豐富申報經(jīng)驗的醫(yī)藥企業(yè)接觸了解，一種碳點光敏劑產(chǎn)品前期需要約 500 萬元的費用投入，才能滿足相應(yīng)條件，獲得國家臨床前批件”。等獲得臨床前批件之后，才能啟動 I 期臨床實驗，I 期臨床實驗成功后，才能相繼申報 II 期和 III 期臨床實驗?！八匀绻烟键c的某一種產(chǎn)品作為一類研發(fā)新藥用在醫(yī)藥上，毫不夸張地說，沒有十幾年時間很難走向市場和真正的臨床應(yīng)用”，畢紅教授說到。“我們是從 2019 年開始嘗試接觸一些醫(yī)藥公司，想把某一類單線態(tài)氧產(chǎn)率非常高的可用于光動力治療的碳點推廣到市場，經(jīng)過這兩三年，我們逐漸對碳點在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化面臨的難題和痛點有了一些認識。這件事情并不像想象的那么簡單，但是并不是說難了我們就放棄不做，我們已經(jīng)有了充分的心理準備去付出長期的努力和堅持”，畢紅教授補充道。

“在美國市場上，一種新藥的研發(fā)推出需要前期很多年的投入，也許成功也許失敗。好在碳點材料的應(yīng)用出口非常多，可能用作納米醫(yī)藥耗時很長，但在光電催化、光催化、電催化、電致發(fā)光、保濕抗氧化等這些領(lǐng)域轉(zhuǎn)化周期并沒有那么長”。這些領(lǐng)域不需要涉及到體內(nèi)，相對手續(xù)沒有那么多，所需要的批文時間周期相對會縮短，“碳點的產(chǎn)業(yè)化非常有可能在非醫(yī)藥領(lǐng)域率先取得突破，獲得市場的認可，拿到市場的訂單”，畢紅教授預(yù)期。

專利，是一種新產(chǎn)品難以繞過的一個屏障。在專利布局方面，畢紅教授課題組早期也沒有深入的了解和研究。從 2014 年開始做碳點材料不久，課題組陸陸續(xù)續(xù)的每年都會申請 1~2 項發(fā)明專利，目前獲批的已經(jīng)有 10 項，正在審核的還有 4 項?！霸?2019 年，我們嘗試將碳點光敏劑項目做產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，當我們和醫(yī)藥企業(yè)進行首次接觸時，他們就詢問我們已經(jīng)申請了哪些方面的專利”，畢紅教授說到，“我們前期申請的一些發(fā)明專利，方向有些雜亂，當時只是覺得這個有用，就申請一下，那個有用也申請一下，不成體系”。

“這些藥企都談到，如果想讓他們公司生產(chǎn)的某些專利產(chǎn)品順利出口，沒有相關(guān)的國際專利是無法進行的，可能會收到侵權(quán)訴訟”。這件事情提醒了畢紅教授研究團隊，于是從 2019 年課題組開始申報PCT 專利，目前已申請 4 項國際專利，有 1 項已于去年底在荷蘭獲批，同時有 2 項美國專利申請進入了公開階段。“我們主要做基礎(chǔ)研究，以前對專利布局確實是沒有概念，在進行產(chǎn)學研和企業(yè)的接觸過程中，我們也學習到了很多”畢紅教授總結(jié)道。

桃李芬芳，累累碩果春暉遍四方

除了進行科學項目研究，給本科生及研究生授課也是畢紅老師的日常工作之一。特別是臨近畢業(yè)季，為了提升學生畢業(yè)論文的完成質(zhì)量并幫助學生順利答辯，畢紅老師會拿出更多的時間與學生就論文進行詳細的溝通和探討，幫助學生修改論文等。畢紅教授課題組目前共有 13 名學生，近年來大家主要從事材料學、化學與生物醫(yī)學交叉領(lǐng)域的研究工作，特別是在碳量子點發(fā)光材料的合成及其在生物醫(yī)學應(yīng)用方面取得了多項原創(chuàng)性研究成果。

材料學科是安徽大學的“雙一流”建設(shè)學科，為了學科更好的發(fā)展，2021 年 7 月底學校新成立了“材料科學與工程學院”，分別從材料物理、材料化學等專業(yè)調(diào)入近 50 位強力師資。畢紅教授也從原來的化學化工學院進入了新的學院，但碳點依然是畢紅老師課題組的重點研究方向。多年前她與隔壁實驗室楊老師的不經(jīng)意間的對話，將畢紅教授帶入碳點研究這個領(lǐng)域，從此和碳點結(jié)下了深深的不解之緣。

時間回溯到 2004 年，畢紅老師獲得了國家自然科學基金青年基金項目，開始致力于納米生物材料方面的研究，比如作為納米藥物載體，靶向線粒體的顯影試劑等。2008 年，畢紅教授研究組首次接觸到氧化石墨烯材料，后來在 2013 年的時候，“研究組內(nèi)同學偶然間看到透明的氧化石墨烯材料溶液在紫外燈照射下有藍螢螢的光發(fā)出，但當時大家并沒有深究這個事兒”，畢紅教授解釋道。

“石墨烯量子點會有類似的發(fā)光現(xiàn)象”，在新加坡國立大學交流期間關(guān)注過石墨烯量子點研究的楊家祥教授說到?！拔覀円郧皼]有接觸過石墨烯量子點這方面的研究，和楊老師交流后，通過查文獻發(fā)現(xiàn)確實有一些相關(guān)研究的報道”，畢紅教授說到。從當時那些為數(shù)不多的文獻中得到啟發(fā)，研究小組將氧化石墨烯的尺寸進一步變小，制備出氧化石墨烯量子點，就此打開了碳點領(lǐng)域研究邊緣的大門，“隨著進一步深入的調(diào)研和學習，發(fā)現(xiàn)除了石墨烯量子點，還有‘碳量子點’、‘碳納米點’和‘碳點’這些物質(zhì)”。抓住實驗過程中一個新奇的現(xiàn)象或者新發(fā)現(xiàn)，都可能為研究帶來啟發(fā)甚至研究方向的改變。

由于氧化石墨烯量子點的制備過程中會產(chǎn)生大量的酸、堿廢液，非常不環(huán)保，產(chǎn)量也不高。“以此為契機，我們又查閱學習了楊柏老師、康振輝老師、朱俊杰老師等的文獻成果，我們不能只局限于做氧化石墨烯量子點，我們開始嘗試做一些碳點方面的工作?！倍键c有廣泛的前驅(qū)體來源，彼時，植物、淀粉、橘子汁、大豆、牛奶等多種天然產(chǎn)物都可以作為制備碳點的碳源前驅(qū)體。

課題組第一份碳點研究的前驅(qū)體碳源，是取自“魔芋大王”何家慶教授一生致力于推廣的經(jīng)濟作物魔芋的粉末。魔芋粉用途廣泛，是一種優(yōu)良的面包、口紅等的添加劑，其天然具有環(huán)保的特性，同時富含氮元素。“我們拿魔芋粉作為原料嘗試制備碳點，受孫亞平老師碳點用于細胞顯影的文章的啟發(fā)，同時依托我們實驗室自己擁有的細胞房，決定做碳點細胞顯影這個方向的研究”畢紅教授說到。從制備、純化到獲得的熒光碳點最終被細胞內(nèi)吞接受，經(jīng)過近一整年的實驗探索，課題組第一篇關(guān)于碳點的研究論文終于順利完成，以“Green synthesis of nitrogen-doped carbon dots from konjac flour with‘off-on’fluorescence by Fe3+ and L-lysine for bioimaging” 為 題， 發(fā) 表 在《Journal of Materials Chemistry B》期刊上，目前已經(jīng)被引用 210 次。（https://doi.org/10.1039/C4TB00368C）

這篇文章成為課題組在碳點領(lǐng)域的首秀，點點滴滴的成就，都記錄了課題組在碳點領(lǐng)域研究的整個摸索過程和辛苦付出，持續(xù)的熱情投入和飽滿的斗志，也順利開啟了組內(nèi)成員對碳點研究的新篇章。目前組內(nèi)已有 10 余位同學從事和碳點領(lǐng)域相關(guān)的研究工作，“碳點獨特的魅力，加上這么多的機緣巧合，我們才進入碳點研究這個大家庭，大家越做越有勁兒，也是我們和碳點的一份特殊緣分”，畢紅教授感慨到。

近期，畢紅教授課題組提出了一種全新的sp3 區(qū)室化策略（sp3-compartmentalization strategy），制備出兼具有超窄發(fā)射（半峰寬為 24 nm）、高固態(tài)量子產(chǎn)率（20.2%）及良好環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)點的深紫外 B 波段（UVB：280-320 nm）發(fā)射碳點（UVB-CDs， λ max = 308 nm）?！白贤鈱θ梭w都是不利的，但是對自然界存在的細菌和植物的作用不能一概而論，殺菌應(yīng)用 UVC 波段很好，但是對植物就不利，高能量會烤焦植物的葉子。將市面上的 LED 燈涂上我們的碳點薄膜之后，能將對植物有害的 UVC 光轉(zhuǎn)換為有益的 UVB 光，不僅不會烤焦葉子，還有利于植物生長和營養(yǎng)累積。”畢紅教授介紹到。基于 UVB-CDs 的照明，使得植株中抗壞血酸（維生素 C）和花青素等營養(yǎng)物質(zhì)的含量分別提升 29% 和 35%。相關(guān)成果以“Rational synthesis of solid-state ultraviolet b emitting carbon dots via acetic acid-promoted fractions of sp3 bonding strategy”為題發(fā)表于《Advanced Materials》期刊上（https://doi.org/10.1002/adma.202200011）。

現(xiàn)有農(nóng)用大棚里的植物照明，通常是使用普通的 LED 燈。如何對某些特定植物提高光的利用率？什么樣的照明對植物（例如人工培育植物、農(nóng)作物等）最有利？這是一個蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域，如華南農(nóng)業(yè)大學雷炳富教授在碳點用于植物生長方面做了大量探索工作?！拔覀兊墓ぷ魇翘岢隽肆硪环N可能性。雖然之前已有少數(shù)幾例報道深紫外碳點研究工作，但在原材料使用和發(fā)光波段上與我們的都不一樣，并且不是深紫外固態(tài)發(fā)光，我們的研究工作證明了碳點有益于植物照明的這個應(yīng)用場景，是碳點在農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域另一個很好的應(yīng)用突破點?！碑吋t教授說到，“如果我們能知道某些波段的光對植物最有利，未來還可以把我們的碳點材料做到高分子膜里邊，然后做成農(nóng)用大棚或者溫房，可以利用碳點對太陽光進行一個有利的轉(zhuǎn)換調(diào)控?！?/p>

畢紅教授說：“雖然我們進入碳點領(lǐng)域的時間并不長，對碳點的結(jié)構(gòu)和機理認識還比較膚淺、有待深入，但是作為碳點研究領(lǐng)域的一份子，出一份力發(fā)一份光，為碳點領(lǐng)域的發(fā)展宣傳推廣是義不容辭的”。衷心希望更多對碳點感興趣的人了解、關(guān)注、從事相關(guān)的技術(shù)研究，特別是企業(yè)界同仁參與、加入碳點領(lǐng)域，助力推動碳點產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和市場應(yīng)用。