RESEARCH

研究领域：飞秒激光光谱及成像、纳米复合材料及其光学性质和应用、光催化、生物传感、成像及光驱动诊疗一体化

研究简介：本课题组的主要兴趣是研究各种纳米复合材、低维材料、异质结结构（半导体-半导体、金属-半导体）的光学（线性、非线性）及电子学性质、动态过程、界面过程及相关机理，并进一步开发这些材料在光电、能源、环境及生物医用等领域的应用。重点研究基于金属/半导体的纳米复合材料、生物医用材料、非线性光学材料、光催化、生物传感、成像及光驱动癌症治疗等。具体研究方向包括：

1）等离子增强纳米复合材料及其应用
金属纳米颗粒具有独特的局域表面等离子共振效应，可用来增强金属纳米本身或周围小分子的光学性质、比如金属增强发光（MEF）和表面增强拉曼光谱（SERS）。我们课题组先后发展了基于金属纳米颗粒的聚集诱导双光子发光增强（AI2E）和等离子金属-发光小分子的纳米复合材料的聚集诱导发光增强（AIE）等技术。

我们将基于这些前期基础构建各种金属纳米复合材料，通过等离子共振增强其光学性能（激发效率、发光效率、双光子吸收）并用于检测各种疾病（肿瘤、炎症及体表疾病等）生物标志物、多模式成像（荧光、光热、光声、双光子）及治疗（光控药物释放、光热、光动力），实现诊疗一体化的效果。

2）光催化（专注生命健康相关的应用）
半导体材料可借助光生电子空穴对实现太阳能的转化。当入射光能量达到带隙阈值时，半导体内部会产生具备强还原能力的光生电子（e⁻）和强氧化能力的空穴（h⁺）。光生电子和空穴可被利用来进行各种氧化还原反应，比如裂解水、CO2还原，固氮、光化学转化生成活性氧物种，用来发展能源、环境及生物医用等领域的应用。传统的单一组分半导体在实际应用中面临吸收效率低和光生电子空穴对容易快速复合两大核心瓶颈，造成普遍存在产率低、选择性不足。我们将致力构建各种多组分异质结构体系，包括半导体-半导体或金属-半导体异质结结构。通过构建两种或多种半导体之间的异质界面，不同组分的吸收互补、扩展吸光范围，界面间电荷转移造成电子与空穴的空间分离，提高电荷利用效率。

我们将基于课题组前期在贵金属纳米复合材料、光催化、以及双光子激发技术及其生物医用等领域二十余年的研究积淀，聚焦开发各种异质结结构的光催化剂用于跟生命健康相关的应用：1）室内污染物（甲醛及挥发性有机化合物等）降解，营造健康室内环境；2）开发新一代具红光响应尤其是在双光子激发条件下能在生物环境中有效产活性氧物种（ROS）的纳米复合光催化剂，并开拓在抗菌及肿瘤治疗等生物医用方面的全新应用。

3) 生物检测、生物成像与诊疗一体化
面向肿瘤、消化系统疾病及感染等重大疾病早期精准诊断、疗效评估与复发监测需求，我们将基于课题组前期发展的金属纳米颗粒的聚集诱导发光增强等技术，开展基于生物医用关键材料及成像诊断技术研究，发展具有疾病靶向识别、疾病微环境响应、信号放大、多模态成像等性能的荧光/近红外、超声、拉曼等诊断材料与技术，同时结合微流控富集、光信号调制降噪等手段取得对疾病生物标志分子的高灵敏检测，从而实现对重大疾病早期精准诊断。除了高灵敏检测外，我们同时将在成像指导下利用光热、光控药物释放、光催化效应对肿瘤细胞或病变组织的精准清除，实现诊疗一体化的精准治疗。

4) 飞秒激光光谱与成像技术
除了制备各种纳米复合材料、研究这些材料的光学性质、探索这些材料跟健康有关的应用外，我们同时也将利用和发展各种光谱(多光束超快光谱、单颗粒光谱)和成像（荧光、光声、双光子）技术用来表征这些材料的光学性质（线性及非线性）、研究这些材料的光响应（发光、光热、光声、光物理、光化学）、能量转换、电子传递等动态过程，进而发展各种光学表征、检测和多光子成像等技术及设备。