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)。
