双光子荧光成像技术具有近红外激发、避免光毒作用和光漂白、自发荧光干扰弱及较深的组织穿透深度等优点，在生物医药领域研究中受到极大关注。开发具有高双光子吸收截面、生物相溶性好的材料作为双光子荧光探针，是活细胞和深层组织成像研究领域的关键和热点。

国家纳米科学中心宫建茹研究组以氧化石墨烯为前驱体，N,N-二甲基甲酰胺作氮源，合成了氮掺杂的石墨烯量子点(N-GQD)。该N-GQD纳米材料在近红外飞秒激光激发下发出很强的荧光，双光子吸收截面高达48000GM，远远超过了有机染料分子，为碳材料中所报道的最高值，与半导体量子点材料相当。N-GQD显著的量子效应、刚性的π-π共轭结构都使其具有较强的双光子吸收。同时，掺杂的氮以烷基氨的形式键联到N-GQD的芳香环上，烷基氨的强供电子效应使N-GQD的双光子吸收进一步增强。N-GQD在组织模型中的双光子成像研究表明其组织穿透深度可达到1800微米，突破了传统双光子荧光成像深度的极限。此外，N-GQD在水、磷酸盐缓冲液和细胞培养基中具有良好的分散性，几乎没有细胞毒性，不易发生光漂白，显示了其在长时间活体生物组织成像及相关应用，如生物组织结构的观察、疾病的诊断等中的潜在应用价值。以上工作发表在Nano Lett.（2013, 13, 2436-2441）。

该组最近的相关系列研究成果已发表在Adv. Mater.（2013, DOI: 10.1002/adma.201301207），Nano Lett.（2012, 12, 4584)，J. Am. Chem. Soc. (2011, 133, 10878)。

上述研究工作得到中国科学院、国家自然科学基金委及科技部的大力支持。

氮掺杂石墨烯量子点可用于活细胞和深层组织的高信噪比和高分辨率双光子成像