量子点_新的荧光标记物质
量子点荧光技术
量子点荧光技术1. 介绍量子点荧光技术是一种基于量子点材料的荧光发射技术。
量子点是一种纳米级别的半导体材料，具有特殊的光学和电学性质。
通过控制量子点的大小和组成，可以实现对荧光发射的调控，从而应用于多个领域，如显示技术、生物医学和光电子学等。
2. 量子点的特性量子点具有以下几个主要特性：2.1 尺寸效应由于量子点的尺寸通常在纳米级别，其尺寸效应对其光学和电学性质有着显著影响。
量子点的能带结构会随着尺寸的改变而发生变化，从而导致荧光发射波长的调控。
2.2 窄发射带宽相比于传统的荧光材料，量子点具有更窄的发射带宽。
这意味着量子点可以发射更纯净的光，使得显示设备的色彩更加鲜艳和准确。
2.3 高发光效率量子点具有高发光效率，可以将电能转化为光能的效率达到90%以上。
这使得量子点在能源利用和光电子学领域具有广泛的应用前景。
3. 量子点荧光技术的应用量子点荧光技术在多个领域都有广泛的应用，以下是几个主要的应用领域：3.1 显示技术量子点荧光技术在显示技术中有着重要的应用。
通过使用不同大小和组成的量子点，可以实现对显示设备的发光颜色的调控，从而实现更鲜艳和准确的色彩显示。
此外，量子点还可以用于增强显示设备的亮度和对比度。
3.2 生物医学量子点荧光技术在生物医学领域有着广泛的应用。
量子点可以作为生物标记物，用于细胞和分子的成像。
由于量子点具有窄发射带宽和高发光效率的特性，可以提供更准确和清晰的图像，帮助研究人员更好地理解生物体内的结构和功能。
3.3 光电子学量子点荧光技术在光电子学领域也有着重要的应用。
量子点可以用于制造高效的光电子器件，如太阳能电池和光电二极管。
由于量子点具有高发光效率和尺寸效应的特性，可以帮助提高光电子器件的能量转换效率和性能稳定性。
4. 量子点荧光技术的发展和挑战量子点荧光技术在过去几十年中取得了重大的进展，但仍面临一些挑战和限制：4.1 毒性和环境影响目前广泛使用的量子点材料中含有一些有毒元素，如镉和铅。
荧光量子点
荧光量子点在生物体内分子和细胞成像中的应用[原文] Xiaohu Gao, Lily Yang, John A Petros, Fray F Marshall, Jonathan W Simons and Shuming Nie. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Current Opinion in Biotechnology2005, 16, 63–72.量子点（Quantum Dot）是一类具有纳米尺寸的发光粒子，它作为一类新的荧光材料被应用于生物分子和细胞成像中。
和传统的有机染料分子和荧光蛋白相比，量子点具有独特的光学和电子性质，如它具有发射光波长可调，高亮度，抗光漂白性以及多种量子点不同颜色荧光同时激发的优点。
目前已经开发出多功能的纳米微粒荧光探针就具有高亮度和生物体内稳定存在的特点。
在量子点的结构设计上，先在量子点基本结构的外围引入一层两性的共聚物外壳，然后再将这层外壳与肿瘤特异性识别配体或药物转运官能团相连。
带有聚合物外壳的量子点对细胞和动物是无毒的，但它们对细胞的长期毒性和降解机制还需要深入研究。
与生物组织相连的量子点为动物或是人体高灵敏多元细胞成像技术开辟了道路。
简介半导体量子点在过去的20年里已经引起了广大科学工作者的兴趣，它表现出来的奇特的光学和电子性质是单个分子或是大尺寸的固体所没有的。
近来，纳米荧光量子点已经被用来作为荧光探针用于生物机理的研究，与传统的有机染料和荧光蛋白相比，它具有以下的优点：通过调节量子点的大小和组成可以获得从红外到可见波长的荧光发射，而且它在比较宽的吸收波长范围内具有大的摩尔消光系数，它较其他类型的荧光探针具有高亮度和光稳定性的优点[1]。
因为它的宽吸收波长范围和窄发射波长，各种颜色和发射强度的量子点被用于生物体蛋白、基因序列和其他生物分子的研究[2-4]。
尽管荧光量子点具有相对大的尺寸（直径2-8nm），但现有的研究表明量子点荧光探针的行为与荧光蛋白（直径4-6nm）类似，而且从目前的荧光量子点的众多应用实例中还没有发现它在成键动力学和立体位阻方面存在问题[5-12]。
量子点荧光技术
量子点荧光技术
量子点荧光技术是一种基于量子点的荧光材料的应用技术。
量子点是一种纳米级尺寸的半导体材料，具有独特的光学性质。
在特定尺寸范围内，量子点的能级结构会发生改变，使得量子点能够发射出特定颜色的光。
量子点荧光技术利用这种特性，将量子点作为荧光标记物应用于生物医学、光电子学、显示技术等领域。
相比传统的荧光标记物，量子点具有更窄的发射光谱、较高的荧光量子产率和较长的发光寿命。
在生物医学领域，量子点荧光技术可以用于细胞成像、荧光探针、分子诊断等应用。
由于量子点的独特性能，可以实现更精确的细胞定位和标记，提高对生物样本的检测和诊断能力。
在光电子学领域，量子点荧光技术可以用于制备高效率的量子点LED、量子点显示器等设备。
由于量子点具有可调控的发射光谱，可以实现更广色域、高亮度和低能耗的显示效果。
总的来说，量子点荧光技术是一种具有广泛应用前景的新兴技术，可以在多个领域实现高性能的光学材料应用。
量子点荧光定量poct试剂
量子点荧光定量POCT试剂是一种新型的体外诊断试剂，它利用量子点的荧光性质来进行快速、灵敏的检测。
这种试剂具有很多优势，比如高灵敏度、快速检测、多指标检测等。
在免疫分析领域，传统的POCT检测方法主要以免疫荧光层析为主，但这种方法在灵敏度和稳定性上还有所不足。
而量子点作为一种新型的荧光标记物，具有很多优点。
首先，量子点具有很宽的激发波长范围，可以被波长短于发射光的光激发，并产生窄而对称的发射光谱，从而避免了相邻探测通道的串扰。
其次，量子点具有“调色”功能，不同粒径大小的量子点具有不同的颜色，可以用同一波长的光激发不同大小的量子点而获得多种颜色标记，这使得量子点成为一种理想的荧光探针。
此外，量子点荧光定量POCT试剂还具有高灵敏度、检测速度快、多指标检测等优势。
比如，东方生物开发的量子点荧光定量POCT 试剂，其灵敏度比传统方法高20-40倍，从上机到检测出结果仅需3秒，可以同时检测18个不同指标，最高可同时检测50个样本量。
这种试剂的应用范围也很广，可以适用于医院、检验所等不同场景。
总之，量子点荧光定量POCT试剂是一种非常有前途的新型体外诊断试剂，它将为临床应用方面提供新的技术支持。
量子点荧光探针在生物成像中的应用进展
国家 自然科学基金资 助课 题（ ０７ ０ ５ ３ ５０ ２３ １ ６５ ８ ２ ，０ ４ ４ ０ １ ） 通讯作者
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维普资讯
荧 光探 针在 生物 分子 探测 、 胞 的原位 荧光 成像 、 细 正 常及病 变组 织 的定位 和成 像 等研究 领域 中具 有 特殊 地 位 。另外 ， 可 以利用 量 子点 尺 寸 与 颜色 （ 长 ） 还 波
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量子点荧光技术的原理及应用
量子点荧光技术的原理及应用近年来，随着技术的发展和应用领域的拓展，量子点荧光技术在生物医疗、信息显示、光电器件等多个领域中得到了广泛应用。
本文将介绍量子点荧光技术的原理、制备方法以及应用情况。
一、量子点荧光技术的原理量子点是一种纳米级别的半导体材料，通常由几个到十几个原子构成。
由于量子点的尺寸非常小，它们所具有的量子力学效应与大尺寸物体的行为有很大的不同。
在量子点中，电子可以被嵌在一个立方势阱之中，也就是说，它们的运动被限制在一个非常小的空间内。
因此，当激发电子后激发态电子返回基态电子的过程中，因为其能级差距很大，因此能够产生较长的荧光寿命，它们可以表现出独特的电性和光学性质。
这也是量子点荧光技术能够取得广泛应用的原因之一。
二、制备方法量子点的制备方法有多种，其中包括化学合成法、气相沉积法、离子束溅射法、分子束外延法等。
前两种方法得到的量子点一般是在溶液或基板上均匀分布的，后两种方法则可以得到方阵或其他形状的量子点。
在这些制备方法中，最常用的是化学合成法。
这种方法使用有机荧光分子作为前驱体，通过化学反应合成出纳米尺寸的量子点。
量子点的颜色和大小可以通过控制它们的组成和结构来调节。
三、应用情况量子点荧光技术在生物医疗中的应用在医学诊断和药物研究中，使用针对肿瘤、癌症、神经系统疾病的荧光标记物，以实现疾病的早期检测、跟踪和治疗的精准性。
量子点荧光技术的独特性质，使其成为一种非常适合于生物物理学和生物医学应用的荧光标记物。
量子点荧光技术在信息显示中的应用现代显示技术需要在小尺寸的显示器上呈现出高品质的图像和视频。
由于量子点的能量分布较窄，因此与当前主流显示器显示颜色的技术相比，使用量子点的显示技术有更好的色彩还原度和更高的视网膜分辨率，使得显示效果更为清晰和生动，色彩更鲜艳。
量子点荧光技术在光电器件中的应用类似于半导体材料，量子点材料的电学特性也是非常重要的，因此在光电器件中，量子点荧光技术也有着广泛的应用。
纳米荧光材料的研究与应用
纳米荧光材料的研究与应用在当今科技日新月异的时代，纳米材料的研究和应用成为了热门话题之一。
其中，纳米荧光材料作为一种新型材料，被广泛应用于生物科学、材料科学和信息技术等领域中。
纳米荧光材料具有绿色环保、高发光效率和高光稳定性等优点，因此其研究和应用前景十分广阔。
一、纳米荧光材料的研究进展近年来，纳米荧光材料的研究取得了重大进展。
其中，量子点是纳米荧光材料的代表性成员。
量子点具有极小的尺寸和高表观量子效应，能够在可见光和近红外光谱范围内发光，因此具有广泛的应用前景。
另一方面，碳点作为纳米荧光材料的新兴研究领域，近年来也引起了人们的广泛关注。
碳点具有较高的发光效率和分子稳定性，同时还兼备合成简单、绿色环保、生物相容性等优点，因此在生物荧光成像、传感器和生物标记等领域中具有广泛应用。
二、生物科学中的应用纳米荧光材料在生物科学领域中应用广泛。
以荧光成像为例，纳米荧光材料可以作为高灵敏度的生物标记，实现对生物分子在体内的定位和跟踪。
同时，纳米荧光材料还可以应用于分析生物分子的荧光探针和生物传感器中。
同时，纳米荧光材料在临床医学中也得到了广泛应用。
例如，荧光示踪技术已应用于肿瘤手术中，可以帮助医生在手术中更准确地定位肿瘤组织，提高手术成功率。
此外，纳米荧光材料还可以应用于生物医学成像、疾病诊断等多个领域中。
三、材料科学中的应用纳米荧光材料在材料科学中的应用也十分广泛。
例如，纳米材料可以作为新型的荧光标记物，广泛应用于纳米复合材料、纳米传感器等领域中。
同时，纳米荧光材料还可以作为新型荧光材料，应用于光储存、显示技术、光电子学等领域中。
此外，纳米荧光材料还可以应用于环境保护等领域中。
例如，在海洋环境污染监测中，纳米荧光材料可以作为高效荧光探针，实现对海洋环境污染物的高灵敏检测和监测。
结语纳米荧光材料作为一种新型材料，具有广泛的研究和应用前景。
许多科学领域都正在积极地探索和应用纳米荧光材料。
未来，随着纳米科技的不断发展和创新，纳米荧光材料必将直面更为广阔的应用前景和更为挑战的研究领域。
量子点免疫荧光法
量子点免疫荧光法量子点免疫荧光法是一种新兴的分析方法，它利用了量子点的独特性质，结合免疫反应的特点，从而实现了对微小生物、蛋白质等生物分子的高灵敏度检测。
该方法不仅灵敏度高，检测速度快，而且具有高度的特异性和稳定性，成为了生物学、医学、环境监测等领域不可或缺的工具。
量子点免疫荧光法是基于量子点发光特性和免疫学原理的一种新型荧光标记技术。
在该技术中，一般采用半导体材料如CdSe、CdTe等制备的纳米粒子，这些粒子具有在纳米尺度下表现出的独特电子、光学、物理性质。
通过改变量子点的尺寸，可以调节其吸收和发射的波长，并对其表面进行修饰，增强其溶解性、稳定性和生物相容性。
在荧光标记中，抗原或抗体分别与量子点表面化学修饰的亲和分子结合，形成标记复合物。
当量子点受到激发能量时，会放出逐渐递减的荧光信号，这一特点可以用于检测标记物或病原体的存在和浓度。
量子点免疫荧光法具有很多优点。
首先，它可以通过调节量子点的尺寸、形状和表面修饰实现对波长的控制，因此灵敏度和特异性高。
其次，量子点具有较长的寿命，可以持续地发光，从而增强了检测信号的稳定性和可靠性。
再次，量子点标记的抗体或抗原可以与微生物、蛋白质等生物分子高度特异地结合，因此检测结果准确性高。
此外，该方法具有操作简单、自动化程度高、检测速度快、适用性广、可重复性好等优点。
量子点免疫荧光法广泛应用于生物学、医学、环境监测等多个领域。
例如，该方法可以用于检测病原体的存在和浓度，如病毒、细菌等，从而实现快速、准确的诊断和临床治疗。
此外，它也可以用于检测生物分子如蛋白质、核酸等的活性和含量，对药物筛选和新药研发有着重要的意义。
在环境监测方面，该技术可用于检测污染水体、土壤中有害物质如重金属、农药等的存在和浓度，从而保障我们的健康和生态环境。
总之，量子点免疫荧光法是一种高灵敏度、高特异性、高稳定性的新型荧光标记技术，在生物学、医学、环境监测等领域中有着广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和完善，量子点免疫荧光法将在更多领域中展现出其特有的优势和潜力，为人们创造更多的应用和价值。
荧光示踪原理及应用
荧光示踪原理及应用荧光示踪是一种在实验或研究中利用荧光材料来追踪物质分布、漂移、扩散、转移等过程的技术。
它基于荧光分子的发射特性，通过加入荧光示踪剂或标记物来实现对目标物的追踪。
应用荧光示踪技术可以观察和研究各种生物、化学和环境系统中的过程，包括生物分子运动、细胞内过程、液滴形态演变、超分子系统等。
荧光示踪的原理是基于荧光分子的特性。
荧光是一种自然现象，是分子经历吸收激发后向低能级跃迁释放能量而发出的光。
荧光分子在激发态上具有较短的寿命，通常在纳秒量级，因此它们的发射光在短时间内结束。
荧光分子通常具有特征性的发射光谱，这使得我们可以通过对发射光谱进行分析来确定物质的存在及其所在位置。
首先，荧光示踪需要选择适合应用的荧光示踪剂或标记物。
常用的荧光示踪剂有有机荧光染料、荧光蛋白质和量子点等。
有机荧光染料通常具有较强的荧光特性，但易受到光照、氧化等因素的影响。
荧光蛋白质具有广泛应用和较好的稳定性，但其特性和性能受到蛋白质本身结构和环境的限制。
量子点是一种新型的荧光示踪物，具有极窄的发射光谱和较长的荧光寿命。
其次，荧光示踪剂或标记物需要与目标物结合或附着在目标物表面。
这通常通过共价或非共价的方式实现。
共价结合是指通过化学反应将示踪剂或标记物与目标物共价结合，共同形成新的化学结构。
非共价结合则是通过物理吸附或亲和作用实现与目标物的结合。
最后，使用荧光分析仪器或显微镜等设备对示踪物和目标物进行观察和测量。
荧光分析仪器通常包括激光源、过滤器、光电倍增管等组成，并能够记录和分析源自荧光示踪剂或标记物的发射光谱、光强度、寿命等参数。
显微镜系统结合了显微镜的观察功能和荧光分析功能，可以实时观察目标物的位置和行为。
荧光示踪技术的应用非常广泛。
在生物学领域，荧光示踪可以用于追踪生物分子在细胞内的扩散、迁移和转运过程，从而揭示细胞活动的机制。
在药物研发中，荧光示踪可以用于追踪药物在体内的分布和代谢动力学，评估药物的药代动力学。
量子点荧光标记法在细胞成像生物学中的应用
量子点荧光标记法在细胞成像生物学中的应用细胞成像生物学是一门研究生物分子和细胞结构、功能与相互作用的学科，可以帮助我们深入了解细胞的生物学过程。
在过去的几十年里，荧光标记法一直被广泛应用于细胞成像研究中，而量子点荧光标记法作为一种新的荧光标记技术，因其许多优点而受到越来越多的关注和应用。
量子点是一种纳米级别的半导体颗粒，其特殊的物理和光学性质使其成为细胞成像的理想荧光探针。
与传统的有机荧光染料相比，量子点具有更窄的发射光谱宽度和更长的寿命。
这使得利用量子点进行多色成像成为可能，可以同时探测多种生物分子和细胞结构，提供更为丰富的信息。
在细胞成像生物学中，量子点荧光标记法有广泛的应用。
其中一个重要的应用是在细胞定位与追踪的研究中。
通过将量子点与特定的抗体或其他亲和分子结合，可以对目标分子进行高度特异性的标记。
这使得研究人员能够直接观察和跟踪该分子在细胞内的分布和运动，从而更好地理解其结构与功能。
除了细胞定位与追踪，量子点荧光标记法还在细胞成像生物学的研究中发挥着重要作用。
例如，利用量子点荧光标记法可以实现细胞内多个分子的共定位研究。
通过将不同颜色的量子点标记到不同的分子上，研究人员可以同时观察这些分子在细胞内的相互作用和动态变化。
此外，量子点荧光标记法还可以用于实现超分辨率成像。
传统的荧光显微镜受到光的衍射极限的限制，无法观察到细胞内的微观结构。
而量子点具有较小的体积和较短的波长，使其成为超分辨率成像的重要工具。
研究人员利用量子点在超分辨率成像中的应用，可以更清晰地观察细胞内亚细胞水平的结构和分子动态。
值得一提的是，量子点荧光标记法还具有较高的光稳定性和生物稳定性，这使得其在长时间观察和跟踪实验中表现出色。
传统的有机荧光染料往往在短时间内发生荧光猝灭或退色，而量子点则具有更长的寿命，可以连续观察细胞的动态响应和变化。
然而，量子点荧光标记法也存在一些挑战和局限性。
首先，量子点的合成和表面修饰相对复杂，需要一定的实验条件和技术要求。
量子点
量子点量子点(quantum dot)是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳米材料，由少量的原子所构成。
粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子限域效应(quantum confinement effect)特别显著。
1概念量子点(quantumdots，QDs)是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级。
量子点一般为球形或类球形，是由半导体材料(通常由IIB～ⅥA或IIIA～VA元素组成)制成的、稳定直径在2～20 nm 的纳米粒子。
量子点是在纳米尺度上的原子和分子的集合体，既可由一种半导体材料组成，如由IIB．VIA 族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或IIIA．VA族元素(如InP、InAs等)组成，也可以由两种或两种以上的半导体材料组成。
作为一种新颖的半导体纳米材料，量子点具有许多独特的纳米性质。
2基本介绍量子点（英语：Quantum Dot）是在把导带电子、价带空穴及激子在三量子点个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。
量子点，电子运动在三维空间都受到了限制，因此有时被称为“人造原子”、“超晶格”、“超原子”或“量子点原子”，是20世纪90年代提出来的一个新概念。
量子点是在把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。
这种约束可以归结于静电势（由外部的电极，掺杂，应变，杂质产生），两种不同半导体材料的界面（例如：在自组量子点中），半导体的表面（例如：半导体纳米晶体），或者以上三者的结合。
量子点具有分离的量子化的能谱。
所对应的波函数在空间上位于量子点中，但延伸于数个晶格周期中。
一个量子点具有少量的（1-100个）整数个的电子、空穴或空穴电子对，即其所带的电量是元电荷的整数倍。
量子点，又可称为纳米晶，是一种由II－VI族或III－V族元素组成的纳米颗粒。
常用的细胞器荧光标记方法
常用的细胞器荧光标记方法
常用的细胞器荧光标记方法主要有以下几种:
1.荧光蛋白标记:荧光蛋白适用于标记细胞、病毒、基因等，通常使用的是GFP、EGFP. RFP (DsRed) 等。
2.荧光染料标记:荧光染料标记和体外标记方法相同，常用的有Cy
3. Cy5、Cy5.5 及Cy7.可以用于抗体、多肽、小分子药物等的标记。
3.量子点标记:量子点(quantum dot)是一种能发射荧光的半导体纳米微晶体，具有荧光发光光诺较窄、量子产率高、不易漂白、激发光诺宽颜色可调等优点。
并且光化学稳定性高，不易分解。
量子点作为-类新型的荧光标记材料，可在长时间生命活动监测及活体示踪方面发挥独特的应用优势。
此外。
在流式细胞术检测中，PE标记的抗体适用于所有配备488 nm 氩离子激光器的流式细胞仪。
而干细胞及免疫学研究中，荧光素酶标记干细胞的方法主要有两种: 一种是通过转基因技术将组成性表达的基因做成转基因动物，干细胞就被标记了;另一种是通过慢病毒直接标记干细胞后，再进行移植到体内观测其塔殖、分化及迁徙过程，从而研究其修复、治疗损伤或缺陷部分的的效果，进一步探讨其机制。
请注意，细胞器荧光标记方法的选用取决于具体的实验需求和研究目标，并需要在实验条件允许的条件下，尽量选择发射波长较长的荧光蛋白或染料。
制定：审核：批准：。
量子点在生物标记中的应用【完整版】
量子点在生物标记中的应用【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）量子点在生物标记中的应用【摘要】：生物医学检测领域，荧光标记分子是研究抗原-抗体，DNA链段、酶与底物等分子间相互作用的重要研究工具。
荧光量子点作为一种新型荧光纳米材料，具有量子效率高，摩尔消光系数大，光稳定性好，可控的荧光发射波长和宽的荧光激发波长范围等优异的光学性能，因而在生物分析，检测等领域得到广泛应用。
前言纳米量子点是准零维材料。
当颗粒尺寸和电子的德布罗意波长相比较的时候，尺寸限域将引起尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而展现出不同于宏观材料的光学性质。
[1]由于其独特的发光性质，量子点在医学生物芯片，药物和基因载体、以及生物化学分析、疾病的诊断与治疗等方面的应用得到的广泛的关注。
与传统荧光染料相比，量子点存在以下优点：[2]（1）量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。
通过改变量子点的尺寸和它的化学组成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。
而传统的邮寄荧光染料激发光谱窄，发射光谱很宽。
激发光谱窄导致每一个不同的荧光染料必须使用一种特定的激发波长来激发，限制了使用有机荧光染料作为荧光探针进行多色标记。
而且其荧光发射峰的半峰宽很宽，导致不同波长的有机荧光染料的发射峰彼此重叠，大大限制了可以同时使用的荧光探针的数量。
（2）量子点具有良好的光稳定性，量子点的荧光强度比最常用的邮寄荧光材料“罗丹明6G〞高20倍，稳定性是100倍以上，因此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察。
有机荧光染料的荧光稳定性不好，见光极易分解，产生光漂白现象，导致量子产率下降，对检测过程造成影响。
（3）量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱。
使用同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了荧光标记在生物钟的应用。
（4）量子点具有较大的斯托克斯位移。
可以防止发射光谱和激发光谱的重叠，有利于荧光光谱信号的检测。
量子点的量子效应及其在荧光标记中的应用
高 新 技 术
ＳＩＣ ＆ ＥＨ ＬＯ ＣＮＥ ＴＣＮ ０Ｙ Ｋ ０
量子点的量子效应及其在荧光标记源自中的应用 王冬梅 ’ 张帅 （ １黑龙江中医药大学药 学院 哈尔滨 １ ０ ４ ： ２ 哈尔滨商业大学食品工程学院生物 工程教研室 哈尔滨 １ ０ ７ ） ００ ． ５ ０６ ５ 摘 要： 近年来 ， 纳米技术 已经成 为人 们广泛 关注的前 沿领域之一 ， 引起 国际上 的普遍重视 。量子点（ ＱＤｓ 又称半导体 纳米微 晶体 ， ） 是一 种由Ｉ ～ｖ族或Ｉ ～Ｖ Ｉ １ ｌ ｌ 族元素组成的约 ２ ｍ～２ ｎ ｎ ０ ｍ的纳拳 晶粒 ， 吴有独特 的发光特性 ， 可作 为新型的荧光探针 用于 多种标记物 的同时检 测。 极大地促进 了荧光标记在生物 医学中的应用。本文概述 了这 种量 子点的量子特性 以及其在 荧光标记 方面所具有的重要 应 用价值 。 关键词 ： 子点 纳米晶拄 荧光 生物检 测 生物探针 量 中图分类号 ： ４ ０ ３ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ８ １ （） ０ ０ — １ １ ７ － １２ ０ ） ｌｃ一 ０ ５ ０ ７ 纳米生物 技术是 现今生 物技 术领域 的最 前 沿的研 究课题 ， 利用纳米技术进行 细胞和动 物 体内显像 的探索 研究在国外 已进 行多年¨ ， Ｉ 量子 点（ｕ ｎｕ ｏｓＱＤ ） ｑ ａ ｔ ｍｄ ｔ， ｓ又称半导体纳米微 晶体 ， 是一种由 Ⅱ Ⅵ族或 Ⅲ Ｖ族元素组成 的， 直径约为 ２ ｍ～２ ｎ 能够接受激发光产 ｎ ０ ｍ， 生荧光 的半导体 纳米颗 粒。所谓 纳米量 级是 指 颗粒在 ｌｍ～１０ ｍ空间尺度内 ， ｎ ０ｎ 介于宏观 物 体线 度和原子 团簇之 间的过渡 区域 。而纳 米材料之所以区别于宏观物体材料 ， 能够展现 其独特的物理化学性质 ， 也正 因为其具有的量 子特性 ， 中包括量子 尺寸效应 、量子限域效 其 应 、 宏观 量 子 隧 道 效 应 和 表 面 效 应 】 。 当大 的 比例。随 着粒 径 的减小 ， 表面 原子数 迅速增加 ， 所以 ， 形成原 子配位 不足 及高的表 面能 ， 使这 些表面原子具 有高 的活性 ， 很容 易 与其 他原子 结 合 ， 得极 不稳定 。基 于半导 变 体纳米微粒量子尺寸效应和 表面 效应 ， 半导 体 纳米粒 子在发 光材料 、非线性 光学材 料 、光 敏感传 感器材 料 、光 催化材料 等方面 也具有 广 阔 的应 用 前景 。 １ ３ 宏观量子 隧道效应 ． 宏观 量子隧 道效应 是基 本的量子 现象 之 即 当微观粒子 的总能量 小于势 垒高度时 ， 该粒子仍能穿越这一势 垒。近年来 ， 们发现 人 些宏观量 ， 例如微 颗粒的磁化 强度 ， 量子 相 干器件 中的磁通量等都有隧 道效 应 ， 以称 为 所 宏观 的量子隧 道效应 。早期 人们 曾用该理论 １量子点的量子效应 解释纳米镍 粒子在低温继 续保持超顺磁性 。 １ １量子尺寸效应 ． 利用该效应制造 的量 子器件 ， 求在几个 要 量子 尺寸效 应一一 是指 当粒子 尺寸下降 ｍ到几十 个ｎ ｍ的微小 区域形成纳米导 电域 ， 到某一数值时 ， 费米 能级附 近的电子能级 由准 ｎ 连续 变为离散 能级或者 能隙变宽 的现象 。能 电子 在这个空 间里显现 出 的波 动性产 生了量 带理论表 明， 金属费米 能级附近的电子能级一 子 限 域 效 应 。 般是连续的 ， 这一点只有在高温或宏观尺寸情 况 下 才 成 立 。当能 级 间 距 大 于 热 能 、磁 能 、静 ２ 量子点在荧光标记 中的应用 磁能 、静 电能 、光子 能量或超导 态 的凝 聚能 由于量子点所具有上述量子效应， 使其在 时 ， 须要 考虑量子 尺寸效应 ， 必 因为其导致 了 生物工程 、医药学、分子 自 组装等领域都有着 纳米微粒的磁 、光 、声 、电以及超导 电性与宏 广泛的应用前景。量子点（ 半导体纳米微晶体 ） 观特 性相 比有着显著 的不 同。当纳米 粒子的 作为一种新型荧光探针应用到生命科学领域 已 尺 度与超 导相干波长 、玻 尔半径以及 电子的 引起 了 国 内 外 科 学 工 作 者 的 极 大 关 注 。 德布 罗意波 长相差 不多时 ， 量子尺寸效应就十 Ｃ ａ Ｗ ＣＷ 等” 明， ｈｎ 证 通过对量子点表面结构 分 明显 。同时处 于分 立的量子 化能级 中的 电 的修饰 ， 可使量子点具 有水溶性 ， 并且可以与各 予 的波 动性 给 纳米 粒子 带 来一 系列特 殊 性 种不同的生物分子相结合 ， 通过光致发 光来检 质。 测出量子点 ， 开创 了量子点应用于生物学领域 量子尺寸效应可以形成宽 频带的强吸收 ， 的先河 。从此 ， 生物学家和材料学家开始致 力 人们在观察大块 金属表面 时 ， 可以看到不 同颜 于改造量子点的表面结构 ， 使其更适合 于生物 色的光泽 ， 当金属尺寸减ｄ ｆ 纳米 级时 ， 但 ，Ｕ 各 分子的标记 ， 同时又不影响正常的生理功能…。 种金属纳米微粒几乎都 呈黑色 ， 它们对可 见光 在生物 分析 中传统 的荧光标 记物 主要有 的反射率极 低。同时 ， 同大块材料 相比 ， 纳米 酶、 化学或生物发光体 系和荧光物 质。 早期被 微 粒的吸收带普 遍存在 “ 蓝移”现象 ， 即吸收 广泛应 用的放射 性同位素 对环境 和人体 的损 带 向短波 方向移动 。这些现 象产生的原 因之 害都很大。现在 已很少使用 ， 酶本身容易失去 是量子 尺寸效 应 ， 由于颗粒尺 寸下降 ， 已被 活性 ， 化学和生物发光分 析法 的灵敏 度虽然 很 电子占据 分 子轨道能级 与未被 电子 占据 分子 高 ， 但易受外部环境的影响 ， 稳定性比较差 ， 结 轨 道能级之 间的宽度（ 能隙） 随颗粒直径减小而 果的重现性也 很差 ， 同时 ， 常用的有机 荧光染 增 大， 能隙变宽 ， 这就导致吸 收带向短波方 向 料 存在着激发光谱窄 、发射 光谱宽 且不对称、 移动 。 荧光稳 定性 差的缺点 ， 能进行 多组分的同时 不 １ ２ 表面效应 ． 检测 。 纳 米材料 的表面效 应是指 纳米 粒子的表 与传统的有机荧光染料相比， 量子点具有宽 面原 子数与 总原子数之 比随粒 径的变小 而急 的激发波长范围和窄的发射波长范围， 即可以使 剧增 大后所 引起 的性 质上的变 化。球 形颗粒 用小于其发射波长 ｌ ｕ （ ｎ的任意波长的激发光进 ￣ 的表面积与直径的平方成正 比 ， 其体积与直径 行激发 ， 这样就可以使用同一釉激发光同时激发 的立方成正 比， 故表 面积与体积之比与直径成 多种量子 点 ， 发射 出不同波长的荧光Ｉ 。当在 ， １ 反 比， 颗粒直径越小 ， 个比值就越大 。纳米 这 定波长光（ 双光子或单光子） 的激发下， 不同材 微粒 尺寸小 ， 表面能 高 ， 位于表面的原子 占相 料 、不同直 径的量子 点就 可以发射 出不 同颤
荧光量子点标记
荧光量子点标记
荧光量子点标记是一种利用荧光示踪技术实现高灵敏度、多参数可控性分子识别的新型标记技术。
它是一种可以生物识别性质和活动状态在细胞质级进行检测的特殊技术，利用紫外线或其他精密非制动条件下测试靶点，有助于对细胞表面受体进行有效检测。
量子点标记既简单又快速，具有卓越的持久性、高品质信号及高可操控性特性，是一种在实验室分析技术的进步的有力工具，广泛用作恶性细胞检测及治疗定位，在分子生物学、细胞生物学、发育生物学等方面有广泛的应用。
在荧光量子点标记技术中，对分子是精准检测，利用'barcode'-like 特性来标记活性状态中的受体，使它成为一种可以识别活性状态的有效技术。
它以高灵敏度的特性和快速的处理时间长度受到普遍的赞许，并可以标记每一个单位个体。
由此，荧光量子点标记技术主要用于以下四个方面：细胞和组织的分子显示，跟踪及测量表达水平；跟踪和比较细胞类型和表型；分子显示和发现细胞功能；检测单个细胞和组织表达蛋白。
荧光量子点标记技术被广泛应用于各种研究领域，它对体外新药筛选，细胞和组织定向治疗以及分子生物学研究中，具有重要参考价值。
将荧光量子点标记技术用于细胞及细胞团观察研究，可以更好地识别细胞本质性的变化，以及显示细胞的体外状态和体内状态的转换。
总而言之，荧光量子点标记技术是一门先进的生物技术，既可以准确可靠地检测细胞表面的受体信号，又可以快速有效地完成分子的检测，为研究人员提供了原始实验数据。
荧光量子点标记技术正在发展迅速，可以用于更广泛和近期前所未有的应用，为医学、生物学研究提供新的技术支持与方法。
荧光免疫层析技术原理进展
UCP应用举例
• 中科院报道了一种用 于免疫活性检测的UCP 试纸条读数计，采用 半导体激光器作为光 源，CCD作为光电接收 器，步进电机带动控 制试纸条移动的装置
• UCP 颗粒主要含有如 下三种成分: • 主基质：氧硫化物 （Y2O2S,GdO2S）、氟 化物(YF3,GdF3）、硅 酸盐 (YSi2O5,YSi3O7）... 3+ 3+ 3+ • 吸收子Yb Er Sm 3+ 3+ 3+ • 发射子Er Ho Tm
A3
S2
A2
S1
A1
UCP独特的优势
4有机纳米粒子 • 荧光素衍生物等荧光染料类有机纳米粒子是早期 常用于免疫层析技术中的一大类标志物，如异硫 • 氰酸酯荧光素，标记原理基本都是利用荧光分子 中的异硫氰酸根为反应基团，与蛋白分子中的氨 基结合，实现对蛋白的标记，同时以分子中的荧 光素为检测信号，早期应用研究较多。有机纳米 粒子的荧光发射依赖于粒子本身的化学发光集团 不具有无机纳米粒子的波长可调控的尺寸效应。
④生物相容性好 物理结合
化学偶联
量子点在免疫层析中的应用
• 量子点是一种新的荧光标记物，目前在免疫层析 中得应用相对UCP，胶体金较少见报道。 • 张国华，赖卫华等，量子点标记免疫层析试纸条 快速检测莱克多巴胺的研究[J]，2009，以CdSe 为标记物，对莱克多巴胺(一种苯酚胺类β-肾上腺 素激动剂)快速定量检测。 • 胡华军，付 涛等，CdTe / ZnSe 核壳量子点免疫 层析试纸条检测克伦特罗的研究，2010,检测克伦 特罗( Clenbuterol，CLE) —属于 β-兴奋剂类药物, 又称“瘦肉精”
量子点在生物分析中的应用
量子点在生物分析中的应用量子点是一种纳米尺度的半导体材料，因其独特的物理和化学性质，近年来在生物分析领域得到了广泛的应用。
本文将介绍量子点在生物分析中的一些主要应用，包括荧光标记、生物传感器、药物输送以及光热治疗等。
1、荧光标记量子点的一个显著特性是它们能够产生强烈的荧光。
与传统的荧光染料相比，量子点具有更高的荧光强度和稳定性，这使得它们成为生物分析中的理想荧光标记物。
例如，科学家们可以利用量子点将目标物标记为特异性抗体，从而可以追踪和定位肿瘤、病毒和其他病原体。
2、生物传感器量子点另一个重要的应用是作为生物传感器。
由于量子点对环境变化高度敏感，它们可以用于检测生物分子间的相互作用。
例如，研究人员可以使用量子点检测DNA、蛋白质和细胞之间的相互作用。
这些信息有助于我们更深入地理解生物学过程，并可用于开发新的治疗方法。
3、药物输送量子点还可以用于药物输送。
由于量子点的尺寸较小，它们可以进入细胞内部，因此可以作为药物的载体。
通过将药物包裹在量子点中，研究人员可以更精确地将药物直接输送到目标细胞，从而减少副作用并提高治疗效果。
4、光热治疗量子点还可以用于光热治疗。
当量子点受到激光照射时，它们会产生热量，这可以用作杀死癌细胞或其他病原体。
与传统的放疗和化疗方法相比，光热治疗具有更高的精确性和更少的副作用。
总结量子点在生物分析中的应用提供了许多独特的优势，包括高荧光强度、对环境变化的敏感性以及能够进入细胞内部的能力。
这些特性使得量子点成为生物分析中的强大工具，并有望在未来为医学研究和治疗带来革命性的变化。
量子点是一种由半导体材料制成的纳米粒子，具有独特的光学和电学性质。
近年来，随着量子点技术的不断发展，其在生物和医学领域的应用也取得了重要进展。
本文将介绍量子点在生物和医学中的应用及其技术原理、研究现状和未来发展前景。
在生物和医学中，量子点可以用于疾病检测、药效评估等疾病诊断与治疗方面。
例如，量子点可以作为荧光探针，用于检测生物样本中的特定蛋白质、核酸等生物分子。
蓝色荧光碳量子点
蓝色荧光碳量子点
蓝色荧光碳量子点是一种具有很高应用价值的新材料，它拥有非常优异的荧光性能和很强的稳定性，可用于生物成像、传感器、荧光标记等领域。
碳量子点是一种纳米级碳基材料，尺寸通常不超过10纳米，表面具有丰富的官能团，所以具有很好的生物相容性。
此外，碳量子点在水溶液中观察到的荧光可以发射一系列不同波长的光，这一点也为碳量子点在多领域的应用提供了良好的前景。
蓝色荧光碳量子点是一种新型碳量子点，从名称上也可以看出，它具有非常特殊的荧光性质，能够发射出蓝色光。
据研究表明，蓝色荧光碳量子点的发光机理与其他碳量子点有所不同，主要是由氧化剂对材料的功函数以及能带结构的影响所致。
这也是蓝色荧光碳量子点能发射出蓝色光的关键原因。
蓝色荧光碳量子点在生物成像领域具有广泛的应用，可以用于细胞荧光标记，追踪细胞运动和在体内的分布情况等。
此外，它还可以制备成传感器，检测环境中的污染物，检测体内化学物质等应用。
值得一提的是，蓝色荧光碳量子点的制备方法有很多，包括模板法、
热解法、微波法、超声波法等，而且不同的制备方法可以获得不同尺寸和形态的蓝色荧光碳量子点，也能够对荧光性能进行调整和优化。
总之，蓝色荧光碳量子点是一种具有极高应用价值的新材料，可应用于生物成像、传感器及荧光标记等领域。
随着制备技术的不断改进，蓝色荧光碳量子点在更广泛领域的应用前景也会更加广阔。
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中华病理学杂志 2005年 1月第 34卷第 1期 Chin J Pathol, January 2005, Vol 34, No. 1
用 (如卵白素 2生物素相互作用 )而使之被标记 , 2 nm 量子点 结合到细胞核 ,发绿光 , 4 nm 量子点结合到肌动蛋白丝 ,发 红光 ,这是量子点生物标记应用的开始 。Chan和 N ie[5 ]用巯 基乙酸处 理 的 CdSe / ZnS 量 子 点 与 转 铁 蛋 白 结 合 后 标 记 HeLa细胞 ,又将 CdSe / ZnS量子点结合上人 IgG,与特异性抗 人 IgG多克隆抗体孵育后 ,能产生广泛的凝集反应 ,这一结 果说明量子点标记免疫分子后能识别特异性抗体或抗原用 于免疫化学研究 。近几年的研究表明 ,用量子点结合抗体或 肽段 , 可 做 特 异 性 的 细 胞 或 亚 细 胞 结 构 的 标 记 。 Jaiswal 等 用 [13 ] CdSe / ZnS量子点结合抗 Pgp ( P糖蛋白 )抗体对培养 中的 HeLa细胞和 D. discoideum 细胞表面的 Pgp 进行标记 , 证实量子点荧光相当稳定 ,持续达一周以上而未淬灭 ,可追 踪标记分子在细胞生长中的动态过程 。W u 等 [12 ]用 CdSe / ZnS量子点连接上 IgG和链亲和素后 ,再结合上抗 Her2抗体 和抗核抗原 (ANA ) 同时标记了活的和固定后的乳腺癌细 胞 ,细胞表面的 Her2、胞质中的肌动蛋白 、微管 ,细胞核中的 核抗原均能很好标记 。另外 ,还有用发绿色荧光的量子点标 记线粒体 及 发橙 色 荧 光 的 量 子 点 标 记 细 胞 核 的 报 道 [7 ] 。 L idke等 [15 ]用量子点标记表皮生长因子 ( EGF) ,可高特异性 的与 EGF受体 ( erbB )结合 ,激活 erbB /HER 介导的信号传 导 。 Kaul等 [17 ]用 CdSe / ZnS量子点结合抗 Mortalin (热休克 蛋白 70 家族蛋白质 )抗体标记了正常人胎儿成纤维细胞 (W I238)和骨肉瘤细胞 (U2OS)中的 Mortalin。
作者单位 : 710061 西安交通大Байду номын сангаас生命科学与技术学院癌症研究 所
通信作者 :司履生 ( Email: slusheng@ yahoo. com )
有技术条件下 ,将光学相干断层扫描成像 ,双光子荧光显微 技术等光学非接触检测方法和量子点标示方法与计算机图 像处理法结合 ,将会成为一种极有潜力的显像手段 。更为重 要的是这一标记技术无放射线污染 。量子点是半导体制造 业广泛 使 用 的 材 料 , 曾 经 用 做 量 子 点 的 材 料 有 硒 化 镉 (CdSe) 、磷化铟 ( InP) 、砷化镓 ( GaA s) 、砷化铟 ( InA s)等 ,在 近几年的研究中硒化镉最受重视 。
1. 纳米晶体 ———量子点的特性 :纳米生物技术是目前生 物技术领域的最前沿的研究课题 ,利用纳米技术进行细胞和 动物体内显像的探索研究在国外已进行多年 [124 ] ,近年来国 内也在开展这一研究 。量子点是一种半导体晶体材料的纳 米颗粒 ,直径在 10 nm 以内 ,较普通细胞的体积小数千倍 。 1998年 Chan和 N ie [5 ]及 B ruchez等 [6 ]首次利用硒化镉 /硫 化镉 (CdSe / ZnS)和硒化镉 /硫化锌 ( CdSe /CdS)量子点成功 地标记了 HeLa细胞和 3T3成纤维细胞 。此后量子点细胞显 像越来越受到重视 。量子点纳米晶体具有吸收波长范围宽 (从紫外光 、可见光到红外光 )和发射波长范围窄的特性 ,在 一定波长光 (双光子或单光子 )的激发下 ,不同直径 、不同材 料的量子点可发射出不同的荧光 ,包括不同色调的紫 、蓝 、 绿 、黄 、橙 、红色荧光 。不同材料的量子点也会发出不同的荧 光 ,因此 ,用不同大小 、不同材料的量子点标记细胞的亚微结 构及不同蛋白 、同一细胞的不同细胞器及不同部位即可显示 不同荧光 ,而且分辨率极高 。因量子点的体积与生物大分子 (核酸 、蛋白质 )类似 ,故可以标记不同的核酸 (如 DNA ) 、蛋 白质 、病毒 [5223 ] 。与有机染料相比 ,量子点受外来光源激发 后 ,会发射光谱范围窄 (有机染料发射光谱的 1 /3)的可调的 荧光 ,散射少 ,光漂白作用很小 (比有机染料小 100 倍 ) ,同 一细胞可用多种发射不同颜色荧光的量子点同时标记 ,而且 其荧光强度较有机荧光染料高 1000 倍 ,光化学性质十分稳 定 ,不易被化学因素和代谢降解 ,荧光可持续数周或更长时 间 (可达 3周以上 ) ,能动态观察细胞及不同细胞器或蛋白 质的动力学过程 ,而且不会对组织细胞造成伤害 [5223 ] 。在现
由于量子点荧光显像这一新技术目前仅在体外或小动 物 (鼠 )体内进行 ,而且需采用双光子扫描显微镜来观察 ,仅 能观察到皮下几百微米的亚细胞分辨率的影像 ,对于大动物 (狗 、猪 , 等 ) 及 其 体 内 深 在 器 官 尚 无 法 观 察 。不 过 , Kim 等 在 [10 ] 2004年将 CdSe量子点注射到鼠的前肢皮下和猪的 腹股沟皮下 ,观察到量子点可被引流到前哨淋巴结 ,依靠卤 素光源激发 CdSe量子点发出的近红外线 ,用 CCD 相机获取 信号 ,使前哨淋巴结显像 。这为大动物显像及为临床手术中 准确切除肿瘤和受侵犯淋巴结提供了新方法 [22, 23 ] ,也为病 理诊断提供了依据 ,虽然量子点目前尚未用于病理组织切片
中华病理学杂志 2005年 1月第 34卷第 1期 Chin J Pathol, January 2005, Vol 34, No. 1
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·综述 ·
量子点 :新的荧光标记物质
陈宏伟 刘红莉 王一理 司履生
随着人类基因组计划的完成 ,细胞蛋白组学 、细胞图谱 蛋白组学要求对细胞亚区 、亚结构的蛋白组成及其相互作用 网络进行动力学分析 ,而荧光图像技术是进行这一研究的重 要手段 。有机荧光染料易于淬灭 ,瞬时即逝 ,无法对标记细 胞进行长期的追踪及观察标记分子的动力学过程 。荧光蛋 白标记可以克服上述困难 ,但需使用基因工程技术制备可表 达融合蛋白的质粒 ,进行细胞培养 、基因转染等一系列操作 , 非一般实验室所能完成 ,而且 ,如要同时标记细胞中的不同 蛋白则需构建多种含不同特性荧光蛋白的融合质粒 ,更增加 了实验难度 。最近出现的纳米晶体 ( nanocrystals)即半导体 微粒 ———量子点 ( quantum dots)标记技术 ,以其独特的优点 引起人们极大注意 。
目前 ,人们对量子点的兴趣更是看重于它在肿瘤早期诊 断上的可能应用 。纳米微粒为 1～100 nm 的超微粒子 ,恶性 肿瘤细胞对其吞噬的能力远较正常组织为高 ,而且肿瘤组织 血管通透性大 ,毛细血管扭曲扩张或产生隙漏 ,致使纳米粒 子容易穿出血管而滞留于肿瘤组织 ,所以 ,利用这一原理可 对肿瘤显像 。纳米生物传感器由纳米载体与能够识别肿瘤 细胞标志物的特异性靶向分子组装而成 ,将特异性的靶向分 子 ,如特异性配体 、单克隆抗体 、核酸探针等结合在纳米微粒 表面 ,通过靶向分子与细胞表面特异性标记分子结合 ,利用 物理方法可测试传感器中的磁讯号 、光讯号等 ,可以大大提 高纳米微粒显像技术的敏感性和特异性 。目前 ,利用纳米微 粒进行肿瘤显像有两种方法 :一种是将磁性纳米微粒或带有 特异性配体的纳米微粒注入体内用 MR I显像 ; 另一种是将 纳米微粒或纳米微粒带有特异性的配体用放射性同位素标 记后 ,用发射型计算机断层扫描 ( ECT)或正电子发射断层扫 描 ( PET)显像 [124 ] 。二者对小于 1 cm 病灶的定性诊断还有 困难 。因此 ,要寻找一种诊断敏感性和特异性高 、对人危害 小 、费用低的肿瘤显像技术就显得尤为必要 。将量子点肿瘤 标志物标记后 ,与荧光成像技术相结合恰好符合这一原则 , 可能用于肿瘤早期诊断及追踪转移性肿瘤 ,在国外 ,这一方 面的研究已经开始 。
中 ,但其在细胞及活体中的应用为以后将量子点用于病理诊 断奠定了基础 。下一步 ,研究量子点荧光显像及适合人体深 部组织的光学非接触影像系统将是今后的发展方向 。
此外 ,研究表明 ,量子点对原核细胞 、真核细胞及人的细 胞无不良影响 。青蛙胚胎细胞摄取了 CdSe量子点后发育成 了正常蝌蚪 [7, 9 ] 。给鼠和猪皮下注射 CdSe量子点使其引流 到前哨淋巴结进行显像过程中及其后的数小时 ,没有发现毒 性反应 [10 ] 。镉 (Cd)元素对机体虽有潜在毒性 ,但显像所用 Cd剂量比其毒性剂量少 300倍 ,而且显像使用的是 CdSe,其 毒性大大减小 [10 ] 。但对机体是否有长期毒性仍有待研究 。
4. 量子点在活体动物及病理学中的应用 :量子点不仅 可用于 体 外 实 验 , 还 可 用 于 活 体 研 究 。 2002 年 , Akerman 等 [11 ]用可减少网状内皮系统非特异性吞噬的 PEG (聚乙二 醇 )包裹 CdSe / ZnS量子点后 ,分别与可标记肺血管内皮细 胞 、肿瘤组织血管或淋巴管 、肿瘤细胞的三种肽段结合后 ,在 体外实验中 ,证实这些分子可特异性的标记肺血管内皮细胞 及 MDA 2MB 2435人乳腺癌细胞 。Akerman等 [11 ]将上述量子 点经尾静脉注射 ,特异性的标记了裸鼠的肺血管和 MDA 2 MB2435人乳腺癌异种移植肿瘤血管 。 2003 年 , Larson将水 溶性的 CdSe / ZnS量子点经尾静脉注射给小鼠 ,通过双光子 扫描显微镜观察到皮下毛细血管高清晰度的三维影像及每 分钟 640次的毛细血管搏动 [6 ] ,这是继 Akerman等在小鼠体 内用量子点标记肺血管及肿瘤血管后的又一次动物体内量 子点荧光显像 。这种高分辨率和高信噪比的量子点标记图 像用多光子显微镜观察 ,论文发表后曾引起巨大震动 。
2. 量子点表面的修饰 :最初使用的量子点通常小于 10 nm ,较金属及磁性纳米颗粒有更小的表面积 ,其发光效率较 低 , 并 且 易 于 发 生 光 化 学 降 解 ( degradation ) 和 聚 集 ( aggregation) 。于是 ,研究者在借鉴材料科学和电子科学的 基础上 ,创造了纳米晶体能带隙工程学 ( bandgap engineering of nanocrystals) ,建立了核心 2外壳纳米晶体样本 ,即在一种 量子点的外面再包裹一层高能带隙的量子点物质 ,这样可有 效增加发光效率 ,减少非辐射松弛 ( relaxation) ,防止光化学 降解 ,更可以对其表面进行修饰 ,即在核心 2外壳的表面再加 一层物质 ,使量子点获得亲水性 ,以便应用于生物学研究 [6 ] 。 例如 ,为了增强 CdSe量子点的荧光强度 ,常在其外包被一层 硫化锌 ( ZnS) ,使荧光亮度增加 35% ～50% [5, 6, 18 ] ,而且 ZnS 能减少 CdSe量子点的降解和聚集 ,并保持稳定长达数月 [9 ] 。 CdSe / ZnS是化学合成的无机物 ,为了增加其胶体稳定性 、水 溶性和减少非特异性吸附及细胞内聚集 ,并减少被网状内皮 系统的吞噬 ,常对其进行亲水性处理 :一种是用表面活性剂 , 如二氢硫辛酸 、巯基乙酸等处理其表面 ,或用聚乙二醇 PEG 修饰包被的聚合物 ;另一种是在其表面包被蛋白质 ,如卵白 素 ( avidin) 、生物素 、链亲和素等 。这样使其表面获得亲有机 物的巯基 、羧基等活性基团 , 以结合蛋白质 、抗体 、肽或核 酸 [5, 8, 9, 12, 13, 17220 ] 。另外 ,由于 CdSe与 ZnS以静电结合而成 , 表面带负电荷 ,可结合带中性电荷或阳性电荷的蛋白质及抗 体 (如 IgG,等 ) [13, 15 ] 。还有一种方法是直接用含磷脂的亲水 性 的 聚 乙 二 醇 ( PEG2000 ) 2脑 磷 脂 ( PE, phosphatidylethanolam ine) 2卵磷脂 ( PC, phosphatidylcholine)混 合物包被 CdSe / ZnS量子点 ,整个量子点核心及磷脂类外壳 的大小 、形状 、结构规则 ,免疫原性和抗原性弱 ,含量及大小 可精确调整 [9 ] 。通过与适当抗体结合 ,便可十分容易进入细 胞内 ,特异性的标记不同的细胞 、细胞器 、蛋白质 、肽或核酸 。