Photooxidation triggered ultralong afterglow in carbon nanodots

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作者
Guangsong Zheng,Cheng‐Long Shen,Chunyao Niu,Qing Lou,Tianci Jiang,Pengfei Li,Xiaojing Shi,Run‐Wei Song,Yuan Deng,Chaofan Lv,Kai-Kai Liu,Jinhao Zang,Zhe Cheng,Lin Dong,Chongxin Shan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:65
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46668-z
摘要

Abstract It remains a challenge to obtain biocompatible afterglow materials with long emission wavelengths, durable lifetimes, and good water solubility. Herein we develop a photooxidation strategy to construct near-infrared afterglow carbon nanodots with an extra-long lifetime of up to 5.9 h, comparable to that of the well-known rare-earth or organic long-persistent luminescent materials. Intriguingly, size-dependent afterglow lifetime evolution from 3.4 to 5.9 h has been observed from the carbon nanodots systems in aqueous solution. With structural/ultrafast dynamics analysis and density functional theory simulations, we reveal that the persistent luminescence in carbon nanodots is activated by a photooxidation-induced dioxetane intermediate, which can slowly release and convert energy into luminous emission via the steric hindrance effect of nanoparticles. With the persistent near-infrared luminescence, tissue penetration depth of 20 mm can be achieved. Thanks to the high signal-to-background ratio, biological safety and cancer-specific targeting ability of carbon nanodots, ultralong-afterglow guided surgery has been successfully performed on mice model to remove tumor tissues accurately, demonstrating potential clinical applications. These results may facilitate the development of long-lasting luminescent materials for precision tumor resection.
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