量子点的应用—一种新型的荧光定量检测技术

中国兽医杂志２００７年（第４３卷）第６期６９量子点的应用一一种新型的荧光定量检测技术

徐飞，丁双阳

（中国农业大学动物医学院，北京海淀１０００９４）

中图分类号：￥８５９．８４文献标识码：Ｅ文章编号：０５２９—６００５（２００７）０６—００６９—０２

半导体量子点，简称量子点（ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ，ＱＤＳ），即材料的尺寸在三维空间进行约束并达到一定的临界尺寸（，－－Ｉ抽象为一个点），因此其表现出许多独特的光、电特性，特别是Ⅱ～ｙｌ族荧光量子点（如ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等），一直以来都是人们研究的热点‘１｜。

传统上，这些材料一般用于电子、物理和材料工程领域，而１９９８年美国加州伯克里大学的Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ小组和印第安纳大学Ｎｉｅ小组几乎同时提出荧光量子点可应用于生物标记这一思想，并同时在（（Ｓｃｉｅｎｃｅ》发表了相应的研究结果，开创了荧光量子点在生物技术中研究应用的先河。随后，生物化学、分子生物学、细胞生物学、蛋白质组学、医学诊断、药物筛选和荧光检测等领域都不同程度的开展了相关的研究，取得了可喜的研究成果，而且荧光量子点在其他领域的新应用也如雨后春笋般涌现。本文重点综述了量子点的特性及其在荧光定量检测应用中的研究进展，并对其在食品安全检测方面的发展前景予以展望。

１与传统有机染料相比，量子点有以下的优势１．１量子点是无机半导体材料，激发谱宽，发射谱窄。可以通过单一波长激发，产生多种可被同时检测的发射颜色，因此可用于多色标记。而传统的有机染料正好与之相反。

１．２量子点的稳定性要远远高于有机染料分子。有资料表明，大约是１００倍。这点足以实现对一些生物过程的长时间跟踪标记。

１．３量子点通过调整粒径的大小得到不同颜色的荧光，使用一种偶联方法就可实现多色标记。而对于有机染料分子是不可能达到的［１］。

２量子点在荧光检测中的应用

２．１常规荧光检测法量子点在常规的荧光检测中的应用主要是荧光淬灭法。一些本身不发荧光的被分析物质可以使某种荧光化合物发生荧光淬灭，通过测量荧光化合物荧光强度的下降，可以间接的测定该物质的浓度。目前，我国对这方面的研究比较多，主要针对一些毒离子定量和快速测定。

严拯宇等［２３于２００５年首次报道了应用量子点进行药物分析的研究，建立了一种测定中药饮片中

收稿日期：２００６—０９—１１

项目来源：国家自然科学基金项目（３０６７１５８５）

作者简介：徐飞（１９８１一），女，硕士生，主要从事兽医药理与毒理实验研究

通讯作者：丁双阳，Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｓｙ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ微量铜残留的方法。ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点表面用牛血清白蛋白修饰后作为荧光探针，而Ｃｕ２＋在ｐＨ

７．４的缓冲液中的能使其发生荧光淬灭，因而间接测定了铜的含量。研究表明，Ｃｕ２＋浓度在０．６～６．０

ｎｇ／ｍｌ范围内有良好的线性关系（ｒ＝０．９９８９），检测限为０．１ｎｇ／ｍｌ，回收率在９３．６％～１０８．０％。而后，赖艳等［３３于２００６年也建立了一种测定微量铜的荧光检测方法并且对人发样品和茶叶样品做了检测。

研究表明，该方法干扰小，特异性强，反应灵敏，线性范围为４１．５～２４８．８ｎｇ／ｍｌ（ｒ＝０．９９２１），检出限为

８．５ｎｇ／ｍｌ。

随着量子点在生物领域的应用日益广泛，人们也开始尝试着利用其进行生物大分子的测定。２００６年徐靖等［４］应用水相合成的ＣｄＴｅ／ＣｄＳ核壳型量子

点荧光探针成功的测定ＤＮＡ的含量。以巯基丙酸（ＨＳ。ＣＨ：ＣＨ。ＣＯＯＨ）为稳定剂水相合成了核壳型ＣｄＴｅ／ＣｄＳ量子点。基于ＤＮＡ对量子点荧光的淬灭

效应，建立了一种测定ＤＮＡ的荧光分析法，同时详细研究了ｐＨ、量子点浓度、离子强度、温度等条件对量子点荧光及ＤＮＡ测定的影响。研究表明，该方法

测定ｃｔＤＮＡ线性范围为５０．Ｏ～７５０．０ｎｇ／ｍｌ，检出限为２０ｎｇ／ｍｌ，７次重复测定５００ｎｇ／ｍｌｃｔＤＮＡ的相对标准偏差为２．０％。此方法简便快速，适用于合

成样品的测定。

２．２免疫荧光检测方法美国华盛顿的Ｇｏｌｄｍａｎ研究小组长期以来一直致力于量子点标记抗体进行

免疫荧光检测的研究并取得了卓著的成果。首先，他们使用了一种重组蛋白作为ＱＤｓ和抗体的偶联物，通过静电作用完成对抗体的标记。而后，他们又寻找到了一种更为优秀的偶联物一生物素。生物素和亲和素既可偶联抗体等生物大分子，又可与多种标记物结合；生物素化的抗体还保持着原有的活性；１分子亲和素可与４分子的生物素结合，而结合力是抗原抗体反应的１万倍，从而产生多级放大效应，大大提高检测的灵敏度。２００３年［５］，他们应用此方法成功的检测了葡萄球菌Ｂ型肠毒素的含量，检测限为１０ｎｇ／ｍｌ。２００４年，Ｇｏｌｄｍａｎ等¨］用夹心免疫法同时检测霍乱毒素、蓖麻毒素、志贺样毒素１、葡萄球菌肠毒素Ｂ等４种毒素的混合物。实验表明，这种ＱＤｓ一抗体偶联物，既能同时检测，又可以进行定量分析。

此外，ＭｅｇａｎＡ等［７］也利用亲和素标记的ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点，检测了大肠杆菌ＯⅢ：Ｈ，血清型病原的单个细胞，并把传统的有机染料和ＱＤｓ的作用进行对比，结果发现，ＱＤｓ标记的细胞检测限

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７０中国兽医杂志２００７年（第４３卷）第６期ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｅｔｅｒｉｎａｒｙｇｅｄｉｃｉｎｅ

高致病性禽流感等１０种动物疫病规范化

诊断技术推广报告

靳兴军，李志军

（北京市兽医实验诊断所，北京朝阳，１００１０１）

中图分类号：￥８５１．３４文献标识码：Ｃ文章编号：０５２９—６００５（２００７）０６—００７０一０１

１项目背景

近年来，国内外的动物疫病形势越来越复杂，控制的难度越来越大。为了及时掌握疫病动态，预测疫病发展趋势，评估疫情发生的概率，必须建立有效的市县两级动物疫病实验室诊断和疫情监测体系。鉴于此，本所建成了硬件一流，管理科学、先进的动物

收稿日期：２００６—０９—１２疫病诊断测报中心。区县级兽医诊断实验室作为动物疫病诊断测报的基层单位，检测能力的提高、检测的进一步规范化成为其中的关键环节。

因此，必须及时在符合国家标准的框架内向各区县推广成熟的配套技术；必须在现有的种类繁多的诊断试剂当中筛选出性能价格比较适合区县应用的几种试剂，并且通过试验形成有关试剂产品的最佳操作程序和结果判定标准，结合疫病诊断和疫情

可达到２．０８×１０７ｃｆｕ／ｍｌ，比有机染料ＦＩＴＣ的灵敏度高了２个数量级。

２．３荧光共振能量转移荧光共振能量转移（ｆｌ—

ｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒ，ＦＲＥＴ）是一种荧光淬灭机制，一种非辐射能量跃迁，通过分子问的电偶极相互作用，将供体激发态能量转移到受体激发态的过程，供体荧光强度降低，而受体可以发生敏化荧光或荧光猝灭。以前，多利用此原理进行蛋白特异性结合的检测，近年来也有人尝试利用此原理来进行定量分析。

Ｗａｎｇ等［８］用红色量子点标记ＢＳＡ，用绿色量

子点标记抗牛血清白蛋白抗体（ＩｇＧ），当二者发生特异性结合时，由于发生了偶极一偶极相互作用，产生了共振能量转移，结果红色量子点荧光强度增强，绿色量子点荧光强度相应减弱。当加人未标记量子点的ＢＳＡ时，与ＱＤ—ＢＳＡ竞争性结合ＩｇＧ，则红色量子点荧光强度下降，而绿色量子点荧光强度恢复，因而从荧光强度的变化可以检测ＢＳＡ的浓度。

Ｏｈ等［９］在２００５年设计了一种抑制试验来测定

亲和素含量的定量分析方法。用红色量子点标记亲

和素，用胶体金标记生物素，二者发生特异性反应。

研究发现，如果再加入不同浓度的游离亲和素时，抑制了量子点标记的亲和素与胶体金标记的生物素的结合，荧光强度随着亲和素浓度的增强而增强，因此可以用来确定亲和素的浓度，该方法的检测限大约为１０ｎｍｏｌ／Ｌ，检测的动态范围可达到２弘ｍｏｌ／Ｌ。

３量子点在荧光检测中的前景和展望随着量子

点的制备技术和偶联技术的不断完善以及商品化量

子点产品的推出，量子点在各个生命科学领域的应

用程度势必大大加强，应用范围势必大大拓宽。在食

品安全领域，动物性食品中抗生素的残留问题一直

是人们比较关注的话题，但目前，不同类药物的多残留检测方法还没有得以实现，量子点的多色标记的出现给这个课题的攻关带来了新的转机，并且已有试验表明量子点可以标记相应抗体用于抗生素的残留检测，这一点足已为多残留检测的实现奠定坚实的基础。此外，在兽医临床方面，可以根据量子点的多色标记特性，同时检测几种病原，节省诊断时间，提高诊断效率，从而达到更好的治疗效果。

总而言之，一个新的材料的出现一定会给各种领域难以解决的问题带来新的希望，在不久的将来，人们一定会更好地利用荧光量子点的各种特性，在越来越多的研究领域取得更大的突破。

参考文献：

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［３］赖艳，钟萍，俞英．新型量子点的合成及荧光法测定痕量ＣｕＩ［Ｊ］．化学试剂，２００６，２８（３）：１３５一１３８．

［４］徐靖，赵应声，王洪梅，等．应用水相合成的ＣｄＴｅ／ＣｄＳ核壳型量子点荧光探针测定ＤＮＡＥＪ］．分析试验室，２００６，２５（４）：５０—５３．

［５］ＬｉｎｇｅｒｆｅｌｔＢＭ，ＭａｔｔｏｕｓｓｉＨ，ＧｏｌｄｍａｎＥＲ，ｅｔａ１．Ｐｒｅｐａ—ｒａｔｉｏｎｏｆｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｂｉｏｔｉｎｃｏｎｊｕｇａｔｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｎｉｍｍｕｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙａｓｓａｙｓ［Ｊ］．ＡｎａｌＣｈｅｍ，２００３，７５（１６）：４０４３—４０４９．

［６３ＧｏｌｄｍａｎＥＲ，ＣｌａｐｐＡＲ，ＡｎｄｅｒｓｏｎＧＰ，ｅｔａ１．Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄｔｏｘｉｎａｎａｌｙｓｉｓｕｓｉｎｇｆｏｕｒｃｏｌｏｒｓｏｆｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｆｌｕｏｒｏｒｅａｇｅｎｔｓ［Ｊ］．ＡｎａｌＣｈｅｍ，２００４，７６（３）；６８４—６８８．

［７３ＨａｈｎＭＡ，ＴａｂｂＪＳ，ＫｒａｕｓｓＴＤ．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｂａ—ｅｔｅｒｉａｌｐａｔｈｏｇｅｎｓｗｉｔｈｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ［Ｊ］．ＡｎａｌＣｈｅｍ，２００５，７７（１５）：４８６１—４８６９．

［８３ＷａｎｇＳ，ＭａｍｅｄｏｖａＮ，ＫｏｔｏｖＮＡ，ｅｔａ１．Ａｎｔｉｇｅｎ／ａｎｔ－ｂｏｄｙｉｍｍｕｎｏｃｏｍｐｌｅｘｆｒｏｍＣｄＴｅｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅｓ［Ｊ］．

ＮａｎｏＬｅｔｔ，２００２，２（８）：８１７－８２２．

［９］ＯｈＥ，ＨｏｎｇＭＹ，ＬｅｅＤ，ｅｔａ１．Ｉｎｈｉｉｔｉｏｎａｓｓａｙｏｆｂｉｏｏｌｅｃｕｌｅｓｂａｓｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒ（ＦＲＥＴ）ｂｅｔｗｅｅｎｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓａｎｄｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｅｌｅｓＥＪ］．ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃ，２００５，１２７：３２７０—３２７１．

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