生物医学荧光量子点功能材料的应用

生物医学荧光量子点功能材料的应用量子点（quantumdot，QD）又称为半导体纳米微晶体（semiconductornanocrystal）材料，由Ⅱ-Ⅱ族或Ⅱ-Ⅱ族元素组成，粒径为1~100nm，是小于或接近激子玻尔半径的半导体纳米颗粒[1]。荧光量子点功能材料是一种新兴的无机发光纳米材料，因其独特的光学性能、电学和光电性质，克服了细胞在可见光区的自发荧光对标记分子所发信号的掩盖现象，较好地实现对所研究分子的长时间荧光标记观察。因此，荧光量子点功能材料作为一种生物示踪的标志物，受到了越来越广泛的关注与研究，并已成为近期新的国内外研究热点。

1荧光量子点功能材料的基本特点及合成修饰方法

1.1荧光量子点功能材料的基本特点

探索和发展高灵敏度的非同位素检测方法一直是生物医学研究领域十分关注的课题，其中使用有机荧光染料来标记细胞是广泛应用的方法之一。传统的荧光染料有着不可逾越的缺陷：较宽的发射光谱和较窄的激发光谱，在多种成分同时成像时容易造成荧光光谱的重叠，导致了荧光探针数量较少；荧光染料性质不稳定，容易分解和漂白，其产物易对细胞造成破坏[2]。荧光量子点功能材料相比于传统的有机荧光分子，具有分子激发光谱特性好、发射光谱对称、吸收光谱宽而连续、荧光效率高、寿命长、光学化学稳定性、不易被生物活性物质降解等优点[3]。量子点的荧光发射波长可以通过改变荧光量子点的半径以及化学成分而得到，因此其荧光覆盖了从近紫外光到近红外光的光谱范围。量子点标记作为一种高灵敏度的非同位素检测方法，被认

为是有机荧光标记染料的合适替代物。

1.2荧光量子点功能材料的合成及修饰方法

荧光量子点功能材料的合成方法有溶胶法、溶胶凝胶法、微乳液法、电化学沉积法、气相沉积法等[4]，其制备研究早期，普遍使用产量低、粒径分布特性差的气相沉积法或者是水溶液中的共沉淀法。经过不断发展，荧光量子点功能材料的合成从有机金属法过渡到水相合成法，再到目前较为常用的溶胶法。如今，量子点的合成技术在粒径分布、荧光量子的产率及一次合成的数量上都有了明显的突破。荧光量子点材料的发光性质不仅同其合成技术有关，而且还与其表面所修饰的分子的结构性质密切相关。在荧光量子点材料修饰具有特异性识别目标物的生物分子或者其他化合物时，就可以利用荧光量子点的荧光增强、荧光淬灭、氧化还原的性质与待检测的底物联系起来或者发生反应，进而将其用于目标物的分析。如将荧光量子点材料用不同的金属离子来修饰，以构建新型的传感材料。一般情况下，合成的荧光量子点因表面覆盖一层疏水的配体而难以直接应用于以水溶液为微环境的生物医学检测领域，需要对其进行一定的修饰才能使其具有水溶性。目前，已经存在多种修饰荧光量子点的方法，如包覆法、化学交换法、疏水相互结合法等。

2荧光量子点功能材料在生物医学工程中的应用

荧光量子点材料在生物医学、药学、环境检测、食品卫生和公共安全等领域均有广泛的应用。由于其应用领域较为宽泛，因此本研究主要讨论荧光量子点功能材料在生物医学中的应用。按照基于荧光量

子点功能材料的检测技术应用的生物学层次不同和荧光量子点标记技术在生物医学中作用的底物不同，可将其应用领域分为3个不同层次。

2.1荧光量子点功能材料在生物大分子和亚细胞结构标记中的应用

荧光量子点材料激发光谱波长宽、耐光漂白性强、便于实现多组标的物同时检测，是生物大分子和亚细胞结构标定和检测的理想标志物。具有高灵敏特性的荧光量子点功能材料在进行界面修饰和特异性连接后，可以用来观察微量的生物分子间的相互作用，在细胞定位、信号传导、分子运动迁移等研究中发挥重要的作用。Hu等[5]利用荧光量子点材料的高度特异性，将其应用于免疫分析过程中，讨论了以微流控蛋白质芯片技术为基础，连接二抗（羊抗鼠IgG）和水相合成的CdTe/CdS荧光量子点对肿瘤标志物的高灵敏多组分同时检测的新方法。这种新方法把检测灵敏度提高到250fmol/L，与有机染料检测方法相比提高了4个数量级。这一研究对早期检测血清中肿瘤标志物等早期诊断具有重要的意义。Chan和Nie[6]将荧光量子点功能材料与传铁蛋白交联，并通过受体介导的方式将量子点转移到海拉细胞中，发现这些量子点可以识别细胞内特定的抗体或者抗原。这不仅证明了经荧光量子点功能材料标记的转铁蛋白仍具生物活性，同时也证明了荧光量子点功能材料以其粒径优势可以自如地通过吞噬作用进入细胞。这项研究为荧光量子点功能材料可以作用于活细胞内单分子的检测及细胞内的信号转导研究提供了理论支持。Agrawal等[7]利用经彩