量子点荧光探针在生物医学中的应用进展
文献综述
量子点荧光探针在生物医学中的应用进展
房彦军,宁保安,高志贤*
(军事医学科学院卫生学环境医学研究所,天津300050)
摘要:量子点(半导体纳米微晶体)作为一种新型荧光探针,在生物医学领域中应用已引起国内外科学工作者的极大关注。文章主要概括了量子点优于传统荧光染料的特性、量子点荧光探针的生物标记方式及其在活细胞荧光标记及组织光学成像、肿瘤细胞示踪及检测、荧光免疫分析和微生物学等方面的应用,并对其在兽药多残留检测的发展前景进行了展望。
关键词:量子点;荧光探针;生物标记
中图分类号:Q6-33文献标识码:A文章编号:1001-5248(2009)03-0224-03
量子点(quantum dots,QDs)又称半导体纳米微晶体,是一种由ò~?族或ó~?族元素组成的能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒,其颗粒直径一般约为1~100nm。由于其具有独特的量子尺寸效应和表面效应,表现出优良的光谱特征和光化学稳定性,许多科学工作者已经尝试着将其应用于生物学领域,并且取得了一定的进展。本文将主要评述量子点荧光探针在生物医学中的应用进展。
1量子点及其荧光探针的特性
量子点因其独特的发光性质而备受关注,其发光性质是由于电子空穴以及与它们周围环境的相互作用而引起的,当激发能级超过带隙时,量子点就会吸收光子使电子从价带跃迁到导带而发光。由于量子点的很多电子状态存在于高能级水平,因此允许单一波长的光同时激发多颜色的量子点,若改变量子点的组成和大小可以获得从蓝色到红色范围内的发射光谱,如CdS和ZnSe量子点可发射蓝色至近紫外光,直径2nm的CdS/ZnSe量子点在550nm处发射绿光,而直径为4nm时在630nm处发射红光112。目前,用于标记生物大分子的量子点主要有单核的
基金项目:天津市自然科学基金资助项目课题(No.06YFJ MJC07700)
作者简介:房彦军(1972-),男,研究生,理学硕士,副研究员。从事卫生检验研究。
*通讯作者QDs如CdE(E=S,Se,Te)和具有核壳结构的QDs如CdS/ZnSe,CdTe/CdS122等,相对于单核QDs来说,核壳结构的QDs可以将量子产率提高到50%,甚至更高,并在消光系数上有数倍的增加,因而有很强的荧光发射特性,非常适合作生物分析中的荧光标记物。利用量子点进行荧光标记,相比传统的有机染料分子具有许多优点,其特征为:首先量子点的激发光谱较宽且呈连续分布,而发射光谱宽度狭窄(半峰宽20~30nm)且呈对称分布,可以减少光谱重叠,使同时区分多重荧光团成为可能132。由于其颜色可调,即不同大小的量子点能被单一波长的光激发而发出不同颜色的光,其发射波长从400nm~2L m不等,可以用于构建能同时检测多组分的荧光探针分析测试体系142。量子点荧光探针荧光效率高,光化学稳定性强,荧光强度比最常用的有机染料罗丹明6G 高20倍以上,稳定性是其的100倍以上142。第2个特征是其生物相容性好,经化学修饰的水溶性量子点,可与生物分子进行有效偶联,安全性好。通过量子点的表面与多种生物分子结合,可获得多种功能基团,使生化分析更加灵活。第3个特征是发光半导体量子点材料具有很好的非线性光学性质,可以探针进行深入的非侵害性的标记。
2量子点荧光探针与生物分子的连接方式
量子点与生物分子结合是按照特定的需求,对量子点进行表面修饰后形成量子点荧光探针,便可
实现与目标生物分子的特异性结合,并对该分子进行荧光标记。量子点荧光探针与生物分子结合的途径有多种,常见的连接方式如下:(1)依靠静电吸引力使生物分子连接到QDs表面的方式:1在QDs外层修饰上一层DHLA(二氢硫辛酸),靠静电吸引力连接上亲和素,以后根据需要将蛋白、核酸甚至细胞膜生物素化,依靠生物素-亲和素(biotin-avidin)之间的高度特异性结合力将QDs标记到目标分子上;o通过一个带正电荷的亮氨酸拉链蛋白(1eucine-zipper protein)为桥将连接在拉链另一端的单抗标记上QDs152;?直接将带正电荷的蛋白连接到修饰后的QDs上。(2)采用共价偶联的方法将生物分子连接到QDs表面的方式:1使用双功能基团分子,如巯基乙酸连接量子点和生物分子,或者先于QDs上包覆一层聚丙烯酸,然后修饰成疏水性的聚丙烯酸酯,再将抗体、链酶亲合素或其他蛋白共价偶联到QDs上;o三辛基氧膦(TOPO)包覆的量子点先与双亲聚合物的疏水长链以疏水作用力结合,再通过聚合物的亲水基团与生物分子结合;?通过巯基硅烷化合物连接量子点和生物分子。
3量子点荧光探针在生物医学领域中的应用
3.1活细胞荧光标记及组织光学成像细胞或细胞组分成像的标准方法是用荧光物质对相关部位进行标记,量子点作为纳米尺寸的晶体,有着独特的光化学和光物理学特性,使其不仅适合单分子成像,也可以进行组织整体的成像研究。Chen等162首次报道了将量子点与标记分子复合物通过转染进入细胞核,在实验中他们将量子点与SV40(猴病毒40)大的T抗原核定位信号(NLS)结合,并经转染进入活细胞,通过荧光成像系统监测到复合物从细胞质到细胞核的运动过程。这一工作首次将量子点用于细胞核中进行长时程生物现象观测,提供了一种新的无细胞毒性成像技术。Wu等172证明了量子点标记抗体能特异地识别亚细胞水平的分子靶点。他们用量子点标记的羊抗鼠IgG作为二抗,结合抗Her2单克隆抗体,观察到了乳腺癌细胞表面的Her2。用抗生物素蛋白交联具有不同发射光谱特征的量子点,配合生物素标记的二抗和特异性单抗,不仅能同时识别细胞表面的Her2和核抗原,也能同时识别胞浆微管蛋白和核抗原。与有机荧光染料Ale xa488比较,量子点发射的荧光较强而且不被激发光淬灭。Jaiswal等182基于量子点荧光的稳定性,用DHLA包被的量子点与活细胞于37e共孵育,观察到量子点通过内吞作用进入细胞,也观察到交联生物素的量子点进入生物素化的细胞。进入细胞的量子点不影响细胞的形态和生长,培育12d还可看到细胞内的量子点荧光。Lidke等192应用QDs的荧光示踪EGF 与其受体erbB1的结合和信号转导过程,直接实时动态观察到一个信号分子与细胞膜结合通过细胞丝足、胞吞内化,以及与erbB2、erbB3相互作用的全过程,直观显示了癌细胞信号转导的过程,这表明QDs 为研究活细胞内的信号传递及其分子机制开辟了一条新的途径。
3.2肿瘤细胞示踪及检测将基于量子点荧光探针建立的光学成像技术应用于肿瘤的早期诊断有着巨大潜力,这是一项灵敏的、非电离性、花费相对便宜的技术。Nida等1102将量子点连接的表皮生长因子受体与抗生长因子抗体形成共轭对来探测宫颈癌前期生物学标志物,结合光学成像技术,显示宫颈癌在分子水平的变化,有助于肿瘤的早期诊断。Kim 等1112将近红外QDs以
4.0@10-7mol/L的浓度分别注射入小鼠前爪及猪腹股沟皮下,在卤灯激发下实现了腋窝及腹股沟皮下1cm深度的前哨淋巴结的精确定位成像,克服了放射性核素和X射线对淋巴系统造成的放射性损伤和定位特异性不强的缺点,有助于临床外科医生对前哨淋巴结的术前精确定位和在病理诊断中对切除组织的准确分析。Sukhanova 等1122应用抗p糖蛋白抗体作为一抗,QDs偶联多价二抗进行荧光成像,清晰地显示了p糖蛋白在乳腺癌细胞膜的分布情况,效果远远优于FI TC等其他荧光染料。付志英等1132在量子点表面成功修饰了羊抗小鼠IgG和聚乙二醇,制备功能化的水溶性QDs 荧光探针,利用探针对胃癌细胞相关抗原C A242进行了检测,所建立的胃癌细胞QDs荧光探针检测方法在光稳定性和灵敏度方面比传统的基于荧光染料标记的免疫荧光分析有明显改善,从而为C A242的相关检测以及胃癌的诊断与愈后判断提供了新方法,极具临床实用价值。
3.3荧光免疫分析量子点荧光探针还可以用于荧光免疫分析。1998年,Chan等1142发现在牛血清白蛋白(B SA)中,多克隆抗体能识别量子点标记的免疫球蛋白(IgG),使量子点聚集在一起;相反如果没有这种抗体,QD-IgG结合体就良好地分散于BSA 中。这一试验结果证明用量子点标记的免疫球蛋白分子能识别专一的抗原和抗体。Goldman等1152也将量子点与抗体结合,对葡萄球菌肠毒素和2,4,6-
三硝基甲苯进行了荧光免疫分析。后来,Goldman 等1162又将抗生物素蛋白作为一种受体蛋白与量子点连接,从而使量子点可以与生物素化的蛋白偶联。这种受体蛋白为将抗体连接到QDs荧光探针上提供了一种分子连接的桥梁,也使抗体与其偶联物能应用于荧光免疫分析。应用这种方法检测毒素,如SEB、choleratoxin等,可以达到用有机染料进行标记的同等检测限。2004年Goldman等1172又用4种不同颜色的量子点分别与抗霍乱毒素、蓖麻毒素、志贺菌毒素和葡萄球菌肠毒素B的抗体偶联,在同一个微孔板上进行4种毒素的同时检测。Lingerfelt 等1182也用交联生物素的量子点对葡萄球菌肠毒素B进行了免疫色谱检测,这种方法的检测限最低可达10ng/mL。量子点技术在各个领域的蓬勃发展足以引起相关研究人员的高度重视,作为一类理想的荧光探针,量子点很高的荧光强度和荧光稳定性使我们可以用它来进行病理组织标本的检测以及疾病的诊断,可以为其它学科的基础研究提供一种新的手段和方法。根据量子点的多色性,我们还可以进行多种抗原的同时检测,从而可以简化检测过程,缩短检测时间。量子点在兽药的多残留检测方面也具有发展潜力。我们还可以探讨将量子点与兽药分子结合添加到饲料中,以此来研究药物分子在动物体内的代谢过程,从而为临床用药提供依据。将量子点用于活体内目标分子的实时、动态检测是目前一个发展方向,另外,应用多色量子点进行多组分的同时检测也是目前的一个发展热点。
总之,量子点荧光探针在生物学中的应用是一个方兴未艾和值得高度重视的新领域,随着量子点荧光探针技术的不断发展和完善,必然会给药物筛选、疾病筛查、基因测序等多个生物医学研究领域带来新的发展契机。
参考文献:
112BRUC HEZ J M,MORONNE M,GN P,et al.Semiconductor nanocrys tals as fluorescent biological labels1J2.Science,
1998,281(385):2016.
122HAO B B,YAN J G,ZHE N L,et al.Enhancemen t effect of illumination on the photolu minescence of water soluble Cd Te
nanocrystal1J2.Chem Mater,2004,16(20):3853.
132E UI C K,ATSUHIKO O,KAZUNORI K,et al.Preparation of wate-r soluble semiconductor nanocrystals1J2.Chem Lett,
2004,33(7):840.
142 JAISWAL J K,MATTOUSSI H,MAURO J M,et al.Long-term multiple color i maging of live cells using quantum dot
bioconjugate1J2.Nat Biotechnol,2003,2l(1):47.
152PDLEGRINO T,MINC HEW C L,SHUMFN S,et a1.Hy-drophobic nanocrystals coated wi th an amphiphilic polymer
shell:a general route to water soluble nanocrystals1J2.Nano
Lett,2004,(4):703.
162C HEN F Q,GERION D.Noninvasive imaging of quantum dots in mice1J2.Nano Lett,2004,4(10):1827.
172WU X,LIU H,LIU J,et al.Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2and other cellular targets with semicon-ductor quantum dots1J2.Nat Biotechnol,2003,21(1):41. 182J AISWAL J K,MATTOUSSI H,MAURO J M,et al.Lon g term multiple color imaging of live cells using quantum dot
bioconjugates1J2.Nat Biotechnol,2003,21(1):47.
192 LIDKE D S,NAGY P,HEINTZ MANN R,et al.Quantum dot ligands provide new insights into erbB/HER receptor-mediat-
ed signal transducti on1J2.Nat Biotechnol,2004,22(2):198. 1102NIDA D L,RAHMAN M S,CARLSON K D,et al.Quantum dots as a novel immunofluorescent detection system for Cryp-
tosporidiu m parvum and Giardia lamblia1J2.Gyneol Oncol,
2005,(99):89.
1112KIM S,LIM Y T,SOLTESZ E G,et al.Peptide-labeled near-infrared q uantum dots for imaging tumor vasculature in
living subjects1J2.Biotechnol,2004,(22):93.
1122 SUKHANOVA A,DE VY J,VE NTEO L,et al.Biocompatible fluorescent nanocrystals for immunolabeling of membrane
proteins and cells1J2.Anal Biochem,2004,(324):60. 1132付志英,李朝辉,何晓晓,等.水溶性量子点荧光探针用于胃癌细胞相关抗原CA242的检测1J2.分析化学,
2006,34(12):1669.
1142 CHAN WC W,NIN S M.Quantu m dot bioconjugates for ul tra sensitive nonisotopic detection1J2.Science,1998,281
(538):2016.
1152GOLDMAN E R,ANDERSON G P,TRAN P T,et al.Con-jugation of lumi nescent quantum dots with antibodies usin g
an engineered adaptor protein to provide new reagent for flu-
oroim munoassays1J2.Anal Chem,2002,74(4):841. 1162GOLDMAN E R,BALIGHIAN E D,MATTOUSSI H,et al.
Avidin:a natural bridge for quantum do-t antibody conjugates
1J2.J Am Chem Soc,2002,124(22):6378.
1172GOLDMAN E R,CLAOPP A R,ANDE RSON G P,et al.
Multiplexed toxin analysis using four colors of quantu m dot
fluororeagents1J2.Anal Chem,2004,76(3):684.
1182LINGERFELT B M,MATTOUSSI H,GOLDMAN E R,et al.
Preparation of q uantu m do-t biotin conjugates and their use in
immunochromatography assays1J2.Anal Chem,2003,75
(16):4043.
(收稿日期:2007-06-26;修回日期:2007-08-14)
量子点与生物标记
量子点与生物标记 应化1002班王艳 荧光分析法是生物学研究中十分重要的方法之一,其检测灵敏度很大程度上取决于标记物的发光强度和光化学稳定性。目前使用的大多数荧光试剂如有机荧光染料等存在着光学稳定性较差、激发光谱范围窄、发射光谱较宽、与生物分子的背景荧光难以区分等不可忽视的弱点,导致应用中灵敏度下降。量子点作为一种新型的荧光纳米材料,弥补了有机染料的上述缺点,引起分析化学和生命科学领域的广泛关注。 量子点即半导体纳米粒子，也称半导体纳米晶,是指半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒。它们由n-VI族或n l-V族元素组成，性质稳定，能够接受激发光产生荧光，具有类似体相晶体的规整原子排布。在量子点中，载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。需要指出的是，并非小到100nm以下的材料就是量子点，真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时，才称之为量子点。 量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观材料的物理化学性质 作为荧光探针，量子点的光学特性比在生物荧光标记中常用的传统有机染料有明显的优越性: (l)宽的激发波长范围及窄的发射波长范围，可以使用小于其发射波长的任意波长激发光来激发，并且可以通过改变QDs的物理尺寸对荧光峰位进行调控。这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点，从而发射出不同波长的荧光，进行多元荧光检测。相反多种染料的荧光(多种颜色)往往需要用多种激光加以激发，这样不仅增加了实验费用，而且使分析系统变得更加复杂。此外，由于QDs的这种光学特性，可以在其连续的激发谱中选取更为合适的激发波长，从而使生物样本的自发荧光降到最低点，提高分辨率和灵敏度。 (2) 量子点具有较大的斯托克斯位移(stokes shift)，能够避免发射光谱与激发光谱的重叠，从而允许在低信号强度的情况下进行光谱学检测。生物医学样本通常有很强的自发荧光背景，有机荧光染料由于其Stokes位移小，检测信号通常会被强的组织自发荧光所淹没，而Q Ds的信号则能克服自发荧光背景的影响，从背景中清楚地辨别检测信号。QDs的荧光发射光谱相对狭窄，因此能同时显现不同颜色而无重叠，这样就能在实验中同时进行不同组分的标记。 (3) 量子点的发射峰窄而对称，重叠小，相互干扰较小，在一定程度上克服了光谱重叠所带来的问题。 (4) 量子点的发射波长可通过控制其大小和组成调节，因而有可能任意合成发射所需波长的量子点，大小均匀的量子点谱峰为对称的高斯分布; 此外，量子点hiP、InAs能够发射700~1500nm多种波长的荧光，可以填补普通荧光分子在近红外光谱范围内种类很少的不足。对于一些不利于在紫外和可见区域进行检测的生物材料，可以利用半导体量子点在红外区域染色，进行检测，完全避免紫外光对生物材料的伤害，特别有利于活体生物材料的检测，同时大幅度降低荧光背景对检测信号的干扰。 (5) 量子点的抗光漂白能力强,有高度光化学稳定性,是普通荧光染料的100
光电技术在生物医学中的应用一现状与发展
论文题目： 光电技术在生物医学中的应用——现状与发展 学院 专业名称 班级学号 学生 2013年12月19日
摘要： 简要介绍光电技术在生物医学应用中的发展概况，从基因表达与蛋白质——蛋白质相互作用研究方面，重点讨论了生物分子光子技术的特点与优势，阐明基于分子光学标记的光学成像技术是重要的实时在体监测手段，最后简要讨论了医学光学成像技术在组织功能成像和脑功能成像中的应用原理。 关键词：光电技术，医学诊断与治疗，分子光子学，医学成像
1.生物医学光子学发展简介 光电技术在生物医学中的应用实质上就是生物医学光子学的研究畴。生物医学光子学是近年来受到国际光学界和生物医学界广泛关注的研究热点。在国际上一般称为生物医学光子学或生物医学光学。 光子学以量子为单位，研究能量的产生、探测、传输与信息处理。光子技术在生物与医学中的应用即定义为生物医学光子学，其相应产业涉及人类疾病的诊断、预防、监护、治疗以及保健、康复等。研究容包括:光子医学与光子生物学，X-射线成像，MRI ，PET等。近年来，生物医学光子学在生物活检、光动力治疗、细胞结构与功能检测、对基因表达规律的在体观测等问题上取得了可喜研究成果，目前正在从宏观到微观多层面上对大脑活动与功能进行研究。美国《科学》杂志在最近儿年已发表相关论文近20篇。随着光子学技术的发展，生物医学光子学将在多层次上对研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象产生重要影响。 在国际上已经成立了国际生物医学光学学会(International Biomedical Optics Society)，简称IBOS。IBOS每年与国际光学工程学会(SPIE)联合举办学术会议。国外 学术交流方面，作为生物医学工程和光学工程领域重要国际会议的“生物医学光学国际学术研讨会”(International BiomedicalOptics Symposium，简称BIOS)每年在美国和欧洲各举办一次。在国，国家自然科学基金委员会生命科学部与信息科学部联合发起并承办的全国光子生物学与光子医学学术研讨会已经举办了六届。在第六届学术会议上发表学术论文75篇，论文摘要27篇。 从光电技术(或光子技术)在生物医学中的应用现状可以看到，光子医学与光子生物学的研究和应用围是广泛而且深入的，并正在形成有特色的学科和产业。例如，由于生物超微弱发光与生物体的细胞分裂、细胞死亡、光合作用、生物氧化、解毒作用、肿瘤发生、细胞和细胞间的信息传递与功能调节等重要的生命过程有着密切的联系，基于生物超微弱发光的生物光子技术在肿瘤诊断、农业、环境监测、食品监测和药理研究等方面己经得到应用。 下面主要从生物分子光子技术和医学光学成像技术两个方面介绍当前的研究现状 与发展趋势。
荧光比率探针及其应用研究进展
７ 前 言 荧光比率技术是荧光分析中的一项重要技术。该技术在生物染色剂中，可被紫外线或蓝紫光（短波长光）激发而发射荧光的染料，称为荧光染料（荧光色素）。可被长波长光激发，这些荧光色素常称为荧光探针。荧光探针通常用于固定组织和细胞的染色，以及或活细胞中的应用， 此外还包括应用于体内荧光探针。 分子荧光探针按用途分类包括离子探针、极性探针、粘度探针、ＰＨ值探针、膜荧光探针、细胞活性探针、细胞器探针、位点特异性荧光探针等等。探针通过与分析物（如生命金属离子）进行结合后，引起荧光特性发生变化，通过测定荧光的激发波长、发射波长、荧光强度、峰位、荧光寿命、荧光量子产率和各向异性等，获得相关信息。 荧光方法测定中，荧光探针在与反应物结合后，出现激发或发射光谱移位的探针，可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率进行测定，称为比率测量。因为通过二个选择性的波长的荧光强度变化可作为定量的依据， 通常指在波长范围内有荧光强度明显的变化。同普通荧光探针相比，比率测量探针可以被分为两部分。 一种是荧光比率效果是通过原来荧光谱的迁移。通常，这些迁移的背景是荧光探针激发态的电子转移。它被激发通过改变发色团同周围分子或原子交互作用的能量改变（溶剂化显色迁移），同外部电场的交互作用（电致显色迁移）和在发色团中的双电弛豫（双电弛豫迁移）。 另外一种结合探针，荧光谱包括２个或更多的谱带。通常，是这些谱带相对强度的改变，激发态同荧光探针发色团反应。这些反应在不连续的能量状态。 荧光比率探针及其应用研究进展 杨柳＊ ，郭成海，张国胜 （防化研究院第四研究所，北京 １０２２０５） 摘要 本文介绍了荧光比率探针，包括阳离子探针、阴离子探针、ｐＨ值探针、极性探针、氧化性和分子的比率测量探针的应用及近几年的研究进展。关键词 荧光分析，比率测量 ＊作者简介：杨柳（１９７５－），男，助理研究员，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｌｉｕｊｉｎｊｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 所以在初始和产物状态都随着能量转移而发射荧光。 荧光比率测定法可消除光漂白和探针负载和留存及设备因素（照明稳定性）引起的数据的失真。如阴离子探针可通过有机离子载体从细胞排除，如ＡＭ酯可被Ｐ糖蛋白多药载体排出荧光比率测定法可减少探针渗漏对实验结果的影响。探针与离子结合后，出现激发或发射光谱移位的探针可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率校准，可克服由于离子浓度的变化而造成的荧光信号人工假象。 Ｂｒｉｇｈｔ等（１９８９）发现比率测量减少或消除几种决定因素的变化对测量荧光强度的影响，包括探针浓度、激发光的光路长度、激发强度、和检测效率。消除的人工假象包括光漂白、探针渗漏、细胞厚度、探针在细胞内（区室化作用引起）或不同细胞群之间（负载效率差异造成）的不均匀分布。 比率测量探针已经应用于不同的测量领域：离子探针（阳离子探针Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋，Ｚｎ２＋，Ａｇ＋等）阴离子探针（Ｃｌ－，ＣＮ－，Ｆ－等），膜探针、活性氧和一氧化氮探针，极性探针、ＰＨ值探针等等。 １应用比率测量的阳离子探针： 各种各样的阳离子在生命活动中起重要的作用， 如构成细胞和生物体某些结构的重要成分，参与并调节生物体的代谢活动等，荧光方法通常用来测定阳离子在生物体不同组织的含量和分布。阳离子比率测量探针也在不断发展。 １．１ Ｃａ２＋检测的比率测量探针： 探针与Ｃａ２＋结合后出现光谱移位的探针可进行比率测量。主要包括：Ｆｕｒａ－２、双－ Ｆｕｒａ－２、Ｆｕｒａ－４Ｆ、Ｆｕｒａ－５Ｆ、Ｆｕｒａ－６Ｆ、 ｉｎｄｏ－１、ｉｎｄｏ－５Ｆ、ｍａｇ－Ｆｕｒａ－２
量子点光学传感器的研究进展.
量子点光学传感器的研究进展 * 来守军 (重庆三峡学院化学与环境工程学院,重庆404000 摘要分别从荧光转换传感器、荧光共振能量传感器、磷光转换传感器和定位传感器等方面综述了量子点光学传感器的发生机理及其在测定金属离子、阴离子、小分子、共振能量转移体系以及磷光材料、固态材料方面的应用。最后介绍了量子点光学传感器存在的问题和发展趋势。 关键词量子点光学传感器 Research Development of Opt ical Sensor Based on Q uant um Dots LAI Shoujun (Depa rtment of Chem istry and Env ir onmental Eng ineering,Cho ng qing T hr ee G or ge U niver sity,Cho ng qing 404000Abstract T he r esear ch dev elopment o f the o pt ical sensor based o n quantum do ts is rev iewed f rom four sect ions,which are fluo rescence -based transduction,fluorescence resonance energ y -tr ansfer -based senso rs,phospho rescence transduction,and immobilizatio n techniques,and it s applications are also rev iewed.T he exist ing pro blems and develo p -ments trend of the optical senso r based o n quantum do ts are intro duced. Key words quantum do ts,optical,senso r *重庆市教育委员会科学技术研究项目资助(KJ081102 来守军:男,1977年生,讲师,博士研究生,主要从事量子点传感器方面的研究 T el:023-******** E -mail:laishj04@https://www.360docs.net/doc/8d5109005.html,
生物技术在医学领域的应用
微生物制药技术 工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。 微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的微生物产物及其衍生物。(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。)近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物
合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容： 第一方面菌种的获得 根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。 分离思路新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。具体分离操作从以下几个方面展开。 定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。
量子点作为荧光探针在生物医学领域的研究进展
Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2016, 6(1), 9-13 Published Online February 2016 in Hans. https://www.360docs.net/doc/8d5109005.html,/journal/nat https://www.360docs.net/doc/8d5109005.html,/10.12677/nat.2016.61002 Advances of Quantum Dots as Fluorescent Probes in Biological and Medical Fields Guolong Song, Xiangdong Kong* Institute of Biomaterials and Marine Biological Resources, College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang Received: Jan. 27th, 2016; accepted: Feb. 13th, 2016; published: Feb. 16th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/8d5109005.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Quantum dots (QDs), three-dimensional (3-D) nanocrystals, possess a great deal of unique optical performances, such as wide excitation wavelength, narrow and symmetric emission wavelength, high quantum yield, long fluorescence lifespan, stable optical property. QDs can be used as fluo-rescent probes to label different components in biosystem, which contains tissues, cells, molecules and living animals imaging. A review on the advances of QDs as fluorescent probes in Biological and Medical fields is given in the paper. Keywords Quantum Dots, Biological Probes, In Vivo Imaging 量子点作为荧光探针在生物医学领域的 研究进展 宋国龙，孔祥东* 浙江理工大学生命科学学院，生物材料与海洋生物资源研究所，浙江杭州 收稿日期：2016年1月27日；录用日期：2016年2月13日；发布日期：2016年2月16日 *通讯作者。
荧光探针研究新进展
《生物工程进展》2000,Vol.20,No.2 荧光探针研究新进展 章晓波 徐 洵 (国家海洋局第三海洋研究所,厦门 361005) 摘要 自从Southern(1975)首次进行DNA探针杂交后,至今核酸分子杂交已成为分子生物学的最基本方法。Matthews和Kricka[1]总结了各种杂交方法,将其归为两大类:一是异相杂交(hetero2 geneous assay)即固相杂交,目的核酸结合于不溶性支持物上;二是同相杂交(homogeneous assay)即液相杂交,一般同时使用两个探针。为了检测杂交,寡核苷酸探针需要标记,探针的标记物有放射性同位素和非放射性标记物。固相杂交常使用放射性同位素,荧光素是一种非放射性标记物,它能检测到的DNA浓度比吸收减色测定方法所需DNA浓度低100-1000倍[2],在同相杂交中广泛用于探针的标记。最近,荧光探针研究获得了新的进展,Tyagi和Krammer(1996)建立了一种新的荧光探针-分子信标探针,并得到许多应用,我们实验室也开展了这方面的研究。本文拟对荧光探针的研究进展作一综述。 关键词 荧光探针 分子信标探针 荧光PCR 1 常规荧光探针 固相杂交中,探针非特异结合于支持物表面,降低了灵敏度。Heller等(1982)以及Heller和Morri2 son(1985)[3]最早进行了同相杂交试验,同相杂交不需支持物,减少了固定目的DNA及除去未杂交探针等操作。他们的试验中使用了两个探针,这两个探针分别与目标DNA的两个相邻区域互补,第1探针在3′末端标记,第2探针在5′末端标记,根据标记物的光谱特性,使第1标记物为第2标记物的能量供体。当探针与目标DNA杂交时,二探针彼此靠近,光吸收或化学反应激发供体标记物,通过能量转移引起受体标记物的激发,这样,第1标记物发射光的减少以及(或)第2标记物发射光的增加标志着目标DNA的存在。 后来Morris on等[3]扩展了这一方法,他们使用的两个探针互补且相应于目标DNA上同一碱基序列,一个探针在5′末端标记荧光素,另一互补探针在3′末端标记荧光素发射的淬灭剂芘丁酸(pyrenebutyrate)或磺基若丹明101(sulforhodamine101)。无目标DNA 时,两探针结合,荧光素的能量转移至淬灭剂,不产生荧光。存在目标DNA时,探针与目标DNA之间竞争杂交,由于探针与目标DNA的结合,在494-496nm 光照下,产生荧光,目标DNA浓度越高,荧光信号越强,最低可检测到4pM的目标DNA,此方法得到一些应用[2,4,5]。Cardullo等[4]在应用Morris on方法的同时,提出在两个互补探针的5′末端分别标记荧光素和四甲若丹明(T etramethylrhodamine),因为荧光共振能量转移(fluorescence res onance energy trans ferr FRET)的效率随供体和受体之间距离的-6次方而减少,当两者相距20个核苷酸(70!)即产生不明显的能量转移,因此此方法中所使用的探针长度较短,特异性降低。 2 分子信标探针 同相杂交一般同时采用两个标记探针,Tyagi 和Kramer(1996)[6]首次建立了分子信标探针(molecular beacon probe),在同一寡核苷酸探针的5′末端标记荧光素、3′末端标记淬灭剂(DABCY L)。分子信标探针能形成发夹结构,探针的噜扑环与目的DNA碱基互补,噜扑环两侧为与目的DNA无关的碱基互补的臂。无目的DNA时,探针形成发夹结构,荧光素靠近淬灭剂,荧光素接受的能量通过共振能量转移至淬灭剂,DABCY L吸收能量后以热量形式消失,结果不产生荧光。当探针遇到目的DNA 分子时,形成一个比两臂杂交更长也更稳定的杂交,探针自发进行构型变化,便两臂分开,荧光素和淬灭剂随之分开,此时在紫外照射下,荧光素产生荧光。 影响分子信标探针构型变化的参数主要有[6]:臂长、臂序列GC含量、噜扑环长度和溶液盐浓度,尤其是二价阳离子如Mg2+对两臂形成的杂交茎有较强的稳定作用,在Mg2+存在条件下,4～12个核 41
量子点荧光探针在生物医学中的应用进展
文献综述 量子点荧光探针在生物医学中的应用进展 房彦军,宁保安,高志贤* (军事医学科学院卫生学环境医学研究所,天津300050) 摘要:量子点(半导体纳米微晶体)作为一种新型荧光探针,在生物医学领域中应用已引起国内外科学工作者的极大关注。文章主要概括了量子点优于传统荧光染料的特性、量子点荧光探针的生物标记方式及其在活细胞荧光标记及组织光学成像、肿瘤细胞示踪及检测、荧光免疫分析和微生物学等方面的应用,并对其在兽药多残留检测的发展前景进行了展望。 关键词:量子点;荧光探针;生物标记 中图分类号:Q6-33文献标识码:A文章编号:1001-5248(2009)03-0224-03 量子点(quantum dots,QDs)又称半导体纳米微晶体,是一种由ò~?族或ó~?族元素组成的能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒,其颗粒直径一般约为1~100nm。由于其具有独特的量子尺寸效应和表面效应,表现出优良的光谱特征和光化学稳定性,许多科学工作者已经尝试着将其应用于生物学领域,并且取得了一定的进展。本文将主要评述量子点荧光探针在生物医学中的应用进展。 1量子点及其荧光探针的特性 量子点因其独特的发光性质而备受关注,其发光性质是由于电子空穴以及与它们周围环境的相互作用而引起的,当激发能级超过带隙时,量子点就会吸收光子使电子从价带跃迁到导带而发光。由于量子点的很多电子状态存在于高能级水平,因此允许单一波长的光同时激发多颜色的量子点,若改变量子点的组成和大小可以获得从蓝色到红色范围内的发射光谱,如CdS和ZnSe量子点可发射蓝色至近紫外光,直径2nm的CdS/ZnSe量子点在550nm处发射绿光,而直径为4nm时在630nm处发射红光112。目前,用于标记生物大分子的量子点主要有单核的 基金项目:天津市自然科学基金资助项目课题(No.06YFJ MJC07700) 作者简介:房彦军(1972-),男,研究生,理学硕士,副研究员。从事卫生检验研究。 *通讯作者QDs如CdE(E=S,Se,Te)和具有核壳结构的QDs如CdS/ZnSe,CdTe/CdS122等,相对于单核QDs来说,核壳结构的QDs可以将量子产率提高到50%,甚至更高,并在消光系数上有数倍的增加,因而有很强的荧光发射特性,非常适合作生物分析中的荧光标记物。利用量子点进行荧光标记,相比传统的有机染料分子具有许多优点,其特征为:首先量子点的激发光谱较宽且呈连续分布,而发射光谱宽度狭窄(半峰宽20~30nm)且呈对称分布,可以减少光谱重叠,使同时区分多重荧光团成为可能132。由于其颜色可调,即不同大小的量子点能被单一波长的光激发而发出不同颜色的光,其发射波长从400nm~2L m不等,可以用于构建能同时检测多组分的荧光探针分析测试体系142。量子点荧光探针荧光效率高,光化学稳定性强,荧光强度比最常用的有机染料罗丹明6G 高20倍以上,稳定性是其的100倍以上142。第2个特征是其生物相容性好,经化学修饰的水溶性量子点,可与生物分子进行有效偶联,安全性好。通过量子点的表面与多种生物分子结合,可获得多种功能基团,使生化分析更加灵活。第3个特征是发光半导体量子点材料具有很好的非线性光学性质,可以探针进行深入的非侵害性的标记。 2量子点荧光探针与生物分子的连接方式 量子点与生物分子结合是按照特定的需求,对量子点进行表面修饰后形成量子点荧光探针,便可
浅谈免疫学在生物学、医学、药学等领域的应用
浅谈免疫学在生物学、医学、药学等领域的应用 摘要：免疫学技术在国内外的应用已是日趋广泛。近年来，由于任何有关抗原抗体的研究均可使用免疫技术，使免疫学技术早已超越了医学领域，广泛应用于植物学、动物学、药学、生物学等其他科学领域，免疫学技术本身也在迅速发展。免疫学是生命科学及医学领域中的前沿学科,本文仅就免疫学在某些领域的具体应用做简要的评述。 关键词：免疫酶；免疫检测；免疫和中医药 一、免疫学在分子生物学中的应用 免疫学技术已从早年应用于微生物学发展到应用于分子生物医学研究的许多方面。目前，它已成为兴学科生物学研究的重要工具之一。在此次免疫技术涉及的分子生物学应用中，我们所涉及到免疫电泳技术、放射免疫技术、免疫酶技术、免疫荧光定位技术等等，我们就免疫酶技术做一概述。 免疫酶技术是一项定位，定性和定量的综合性技术，已是将一定的酶通过共价桥而标记抗体，在抗原抗体结合时，酶与底物作用，产生有色物质，对后者可进行定位或定量检测。现已有酶免疫测定法，酶联免疫吸附试验和均向酶免疫测定等方法。后一种方法是利用游离抗原与标记抗原竞争结合抗体，如果游离抗原浓度高，就会抢去抗体，使供氢体得以接触酶而使酶的活性增加。用分光光度记可测出反应前后酶活性的变化。免疫酶技术如与新技术进一步结合，可提高其灵敏度和可靠性。
二、免疫学在医学中的应用 免疫学在医学中广泛应用于传染病预防，疾病治疗，免疫诊断。现代免疫学认为，机体的免疫功能是对抗原刺激的应答，而免疫应答又表现为免疫系统识别自己和排除非己的能力。免疫功能根据免疫识别发挥作用。这种功能大致有对外源性异物(主要是传染性因子)的免疫防御；去除衰退或损伤细胞的免疫，以保持自身稳定；消除突变细胞的免疫监视，即免疫防御，免疫自稳，免疫监视。 免疫学细胞免疫测定。 近代免疫学广泛采用了细胞生物学、免疫血清学、免疫标记、免疫组化等多方面技术，不断发展和完善了一系列细胞免疫检测技术，用于检测各类免疫细胞的表面标志(包括抗原及受体)、细胞的活化、增殖、吞噬、杀伤功能、各种细胞因子的活性或含量等方面。这些技术为深入研究和认识机体免疫系统的生理、病理改变，阐明某些疾病的发病机制和临床诊治提供了有用的手段。随着细胞免疫学的迅猛发展，时有新的细胞免疫检测技术出现。近年来，新发展的项目集中在对有关细胞因子以及细胞受体方面的检测。我们以此为例简述淋巴细胞转化试验。 淋巴细胞转化试验：人类淋巴细胞在体外与特异性抗原(如结核菌素)或非特异性有丝分裂原(如植物血凝素，PHA)等一起孵育，T细胞即被激活而向淋巴母细胞转化。T细胞转化过程可伴随有DNA、RNA、蛋白质的合成增加，最后导致细胞分裂。在光学显微镜下可计数转化后
量子点免疫层析检测技术方兴未艾
量子点免疫层析检测技术方兴未艾 免疫层析技术是一种快速、简便、灵敏、直观、价格低廉、可真正实现现场检测的检测方法。具有很多气相色谱、高效液相色谱、气质联用色谱、液质联用色谱、毛细管电泳等仪器检测方法以及其他传统方法无法企及的优点。在检测领域中处于特殊重要的地位，同时也是传统检测和仪器检测的良好补充。尤其在经济高速发展，生活水平提高的今天，人类重大疾病，环境污染，食品安全等问题日益受到极大的关注，让免疫层析检测技术更具有巨大的潜力和蓬勃的生命力。 目前，免疫层析产品主要为胶体金免疫层析试纸条，其最早应用于医学检验，在早孕检测中的应用取得了极大的成功，随后在各个领域迅速渗透漫延，其在毒品检测、环境检测、以及食品安全检测领域得到了迅速的发展，但是又出现新的问题，在很多方面，尤其是食品安全检测领域，有些农兽药残留限度极度苛刻，甚至要求0.1 ng/ml的检测限度，同时食品类物质如肉类、禽类、果蔬、谷物等成分复杂，前处理难度也很大，造成胶体金免疫层析检测灵敏度无法胜任。除了进一步提高前处理方法以外，寻求高灵敏度的免疫层析方法也显得尤为重要。 量子点是近20 年来发展起来的半导体纳米晶材料，因为它的优良特性，受到了很大的关注，并且已经显示出一定的潜力，近几年来从细胞标记等应用已逐渐开始向多个领域的检测与诊断方向渗透。 一、量子点特性 量子点(简称QDs,又称半导体纳米粒子)是由Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～V族元素组成的，半径小于或接近于激光玻尔半径，能够接受激发光产生荧光的一类半导体纳米颗粒，其中研究较多的主要是CdX(x=S、Se、Te)，直径约为2nm-6nm。量子点由于存在显著的量子尺寸效应和表面效应，从而使它具有常规材料所不具备的光吸收特性，使其应用领域越来越广泛，特别是其在免疫生物学和临床检验学等研究中的潜在的应用价值，已引起了广大科学工作者的极大关注，发光量子点作为荧光试剂探针标记生物大分子，正是近年来迅速发展的纳米材料在生物分析领域的重要应用之一。与普通的荧光染料相比较，量子点具有以下特点： (1) 有机染料荧光分子激光谱带较窄，每一种荧光分子必须用合适能量的光来激发，而且产生的荧光峰较宽，不对称，有些拖尾。这给区分不同的探针分子带来困难，很难利用有机染料分子同时检测多种组分。量子点由于量子限域效应使其激发波长的范围很宽，可以被波长短于发射光的光(一般短10nm以上)激发，并产生窄(半波宽约13nm)而对称的发射光谱，从而避免了相邻探测通道的串扰。 (2) 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，激发量子点的激发波长范围很宽，且连续分布，所以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，是一类理想的荧光探针。 (3)量子点的荧光强度强，稳定性好，抗漂白能力强，Chan和Nie通过实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子要亮20倍和稳定100-200倍，可以经受多次激发，且标记后对生物大分子的生理活性影响很小，因此为研究生物大分子之间的长期作用提供了可能。
荧光量子点探针及其标记技术_蒋飞荣
文章编号 ：１００４－０３７４（２０１０）０４－０３９１－０５ 收稿日期：2009-10-09；修回日期：2009-12-09基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)(2007AA021809；2007AA021811); 国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(2010CB833605); 湖南省科技厅资助项目(2008FJ3186); 2009年度新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0790)#共同第一作者 *通讯作者：E-mail ：rencaiping@https://www.360docs.net/doc/8d5109005.html,; Tel ：0731-******** 荧光量子点探针及其标记技术 蒋飞荣１，２＃，贾文婷１＃，张兴燊２，任彩萍１＊ （1中南大学肿瘤研究所，长沙 410078；2广西中医学院，南宁 530001） 摘要：量子点作为一种新型荧光标记物，与有机染料和荧光蛋白质相比，它们具有可调谐且宽的吸收 光谱，激发可产生多重荧光颜色、强荧光信号、抗光漂白能力强等独特的光学特性，使其广泛应用在生物和医学领域。该文就量子点探针的表面修饰和功能化及其标记技术的研究进展进行了阐述。关键词：荧光量子点；探针；生物标记中图分类号：Q6-33 文献标识码：A Fluorescent quantum dots probes and their biological labeling JIANG Fei-rong 1, 2#, JIA Wen-ting 1#, ZHANG Xing-shen 2, REN Cai-ping 1* (1 Cancer Research Institute, Central South University, Changsha 410078, China; 2 Guangxi Traditional Chinese Medical University, Nanning 530001, China) Abstract: As emerging promising fluorescent labels, semiconductor quantum dots (QDs) have tremendous potential in the fields of biology and medicine because of their unique optical properties with size-tunable light emission, broad absorption spectra for simultaneous excitation of multiple fluorescence colors, superior signal brightness, resistance against photobleaching, etc. This article briefly discusses the recent progresses on fluorescent QDs probes and their biological labeling including their surface modification and functionalization.Key words: fluorescent quantum dots; probe; biological labeling 荧光半导体量子点(fluorescent semiconductor quantum dots ，QDs)是一种由II-VI 族(如CdSe 和CdTe)或III-V 族(如InP 和InAs)或IV-VI 族(如PbS 和PbSe)元素组成的、直径一般在1~100 nm 、能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒。Bruchez 等[1]通过在QDs 表面包裹SiO 2，再连接上羟基以及Chan 和Nie [2]采用巯基乙酸修饰QDs ，解决了QDs 的水溶性和生物兼容性问题。 QDs 独特的光学特性、表面修饰和生物功能化以及标记技术的优势使得QDs 在生物学、活细胞和体内成像、药物研究和筛选、生物芯片等领域得到了广泛应用。本文就QDs 探针的表面修饰和功能化及其标记技术进行阐述。 １ ＱＤｓ的特征 一种典型的水溶性核壳型QDs 应该包括: (1)一 个半导体核(如CdSe)，其直径决定荧光的波长；(2)一个半导体外壳(如ZnS)，用来提高量子产率；(3)一个亲水层，用来保证其水溶性[3]。与传统的有机荧光标记物相比，QDs 具有以下特点：(1)激发波长范围宽、发射波长范围窄，可以采用同一波长激发光同时激发不同颜色QDs [4]; (2)QDs 的荧光强度高及核壳结构稳定性好，可以经受反复多次激发，荧 DOI:10.13376/j.cbls/2010.04.001
电子学在医学上的应用
生物医学电子学是应用电子技术解决生物医学中的问题，从生命体本身的特殊性出发，来研究生物医学信号的检测、处理、显示与记录等电子学在生物医学应用中的理论、方法与手段。 生物医学电子学作为一个独立学科是从二十世纪五十年代确立并逐步发展起来的。但是在生物医学领域中，大量的电子学的科学技术知识和成果已经获得广泛应用，激发了生物医学欧诺工作着与工程师或物理学家之间的密切合作。生物医学电子学发展十分迅速，研究领域不断括宽，地位日益重要，展示了越来越广阔的发展前景。生物医学电子学综合应用电子学和有关工程技术的理论和方法，从工程科学的角度研究生物、人体的结构和功能以及功能与结构之间的相互关系。[1] 电子学由产生的那刻，就注定是为其他学科服务，也与其他学科共同发展。特别是在生物电被发现后，生物医学和电子学更是一拍即合，相互扶持，共同为人类的健康服务和发展着。 1676年，光学显微镜的发明，使人类进入了微观的世界，推动着医学的发展。1895年，X射线的发现，使得医学更上一层楼。上世纪三十年代，电子显微镜的产生推动着微生物学的发展，也因此使医学更进入了更精微的世界。 随着生物医学电子学的发展，电子技术逐步深入医学领域：医学的电子设备、人造器官等等。如果这些技术和设备消失了，那么，很多的医疗技术也会随之消失，甚至很多小毛病也会因此没检查出来结果变大病然后死亡。 说到医疗的电子设备，很多人都了解，例如呼吸机、CT、心电图仪器等。下面，就详细讲解心图仪器： 心电图是一种经胸腔的以时间为单位记录心脏的电生理活动，并通过皮肤上的电极捕捉并记录下来的诊疗技术。这是一种无创性的记录方式
人体心脏工作产生的生物电流在身体表面不同部位产生不同电势，并且随心跳的节律呈现规律性的升降变化，通过电极将变化着的电位差检测并记录下来就是心电图（ECG）。心电信号是一种带宽为至100Hz（有时高达1kHz），幅度在10μV~5mv 的微弱交流信号，并且混杂有人体生物电干扰以及各种外部电磁干扰。如何从环境噪声中提取微弱的心电信号是设计的难点和要点。[2] 低成本低功耗便携式简易心电图仪是设计的最大考量。它顺应了保健电子产品设计的发展趋势。系统采用常见电池供电，能采集标准导联方式I或II心电信号，通过放大、滤波得模拟心电信号（ECG），并能利用液晶实时显示或存储回放ECG波形。 分析可知，简易心电图仪系统主要包括输入回路、前置放大模块、后级放大模块、滤波网络模块以及存储回放等模块。设计重点在于前置放大模块，和滤波网络模块和数字化存储回放部分。 在未来，可植入式的装置可能会应用于相性心电图的记录和诊断。这些装置还有可能通过兴奋某些神经（如，迷走神经）的方式来防止心律失常的发生。此外，这些装置还可能释放药物，如β受体阻断剂，甚至可以直接对心脏进行除颤。 作为交叉科学，生物医学电子学的研究是双向的：一方面将电子学用于生物和医学领域，使这些领域的研究方式从定性提高到定量、从宏观到微观、从静态到动态、从单向信息到多项信息；另一方面生命过程中揭示出的许多规律，特别是经过亿万年进化而形成的生物信息处理的优异特性将会给电子学科以重要的启示，这不仅会推动电子学的发展，还将会使信息科学发生革命性的变革。 参考文献： [1]李刚.生物医学电子学[M].北京：电子工业出版社，2008 [2]易淑华，胡苗苗，曹鹏.简易心电图仪[DB/OL].，2010-08-17/2012-05-24
双光子荧光探针的研究进展
有机双光子材料的研究进展 随着以光电子学为中心的信息时代的到来，具有特殊信息处理功能和超快响应的光电材料将成为未来信息材料发展的主体，而非线性光学材料就是其中发展较为迅猛的一种。非线性光学是强光光学，研究的是物质在强光作用下产生的输出光强度与原入射光的非线性关系。非线性光学材料在强光作用下，反映介质性质的物理量（如极化强度P等）不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致许多在线性光学中不能解释的新现象，表现出独特的非线性光学性质。双光子吸收属于三阶非线性光学效应的一种，有着独特的光学和电学效益，使得双光子技术在未来光电子集成、生物分子探测、医学诊断等领域具有巨大的应用潜力和广阔前景[1]。 一、双光子吸收的基本概念 双光子吸收属于三阶非线性光学效应，该理论最早是由Goeppert- Mayer于1931年首次提出的。它是指在强激光激发下，利用近两倍于样品的线性吸收波长的光源激发该样品，使其通过一个虚中间态(virtue state)直接吸收两个光子跃迁至高能态的过程，所吸收的两个光子的能量可以相同(ω1=ω2，简并吸收)，也可以不同(ω1≠ω2，非简并吸收)，其机理如图1所示。 图1 单、双光子吸收和发射机理示意图 和单光子吸收和发射相比，双光子吸收和发射有以下本征特点： （1）在材料中高的穿透深度。单光子荧光过程是短波激发长波发射，吸收和发射所涉及的基元光物理过程服从Stark-Einstein定律。而双光子荧光是长波激发短波发射，所用激发光的波长红移近一倍，一般位于600-900nm，远远低于单光子过程紫外辐照光(波长为250-400nm)的光子能量。这一波段的光具有很好的穿透性，Rayleigh散射小，背景光干扰小，便于观测，并且光损伤、光漂白、光毒性都较小。
量子点荧光探针合成及应用
量子点荧光探针合成及应用 姓名：廖晨博学号：1141109043 摘要：量子点是近年发展起来的一种新型荧光探针，与传统的有机荧光染料相比，具有许多优良的光谱性能，在生物化学、细胞生物学、分子生物学等研究领域显示了极其广阔的应用前景，已经引起了人们越来越广泛的重视。本论文瞄准这一重要的研究方向，以量子点的制备、量子点的性能表征以及量子点在化学生物分析中的应用为主线，对当前迅速发展的量子点进行简要综述。 关键词：量子点；荧光探针；生物分析；水相合成；油相合成 1.引言 近年来，对疾病进行早期、高灵敏度、特异性、稳定性特别是高通量诊断，已成为全世界科学家关注的热点。其中，荧光探针作为报告探针用于疾病的诊断已经越来越普遍。荧光探针具有高灵敏性和可识别性。现在常用的荧光标记，由于荧光染料分子荧光特性的限制(如：吸收谱窄、荧光光谱较宽、量子产率低、荧光易衰退等)，远远不能适用于目前对疾病的高标准检测。与传统的有机荧光染料相比，近年来发现和发展的新型荧光探针——量子点(quantum dots)，又叫做半导体纳米晶，可以解释为粒径小于或接近电子的德布罗意波长或电子平均自由程相的半导体纳米颗粒。它的直径只有1～12nm，因此存在特殊的物理性质，如量子尺寸效应、表面效应等，表现出优良的荧光纳米效应。它的激发光谱宽且连续分布、发射光谱窄而对称、发射光稳定性强．不易发生光漂白，通过改变粒子的尺寸和组成可获得从uv到近红外范围内任意点的光谱，因此相对传统有机荧光试剂具有无可比拟的优越性。其独特的光学和电学性质引起了物理学家、化学家和生物学家的浓厚兴趣和广泛关注，已经成为纳米技术的突出代表[1]。本文将重点对当前迅速发展的量子点荧光纳米颗粒进行简要综述，主要包括量子点的基本特性、制备方法、表面修饰及其在化学生物分析中的应用实例等。 2.量子点的基本特征 2.1量子点的荧光发光原理 半导体纳米材料的光致发光主要遵循：斯托克斯定律、反斯托克斯发光、辐射跃迁和非辐射跃迁这三个规律。研究表明发光材料的发射光谱容易受到发光材料的激活离子或离子团等发光中心影响。发光材料的发光形式主要包括复合发光和分立发光中心发光两种。复合发光是指处于激发态的电子离开原来的发光中心进入高能级的导带，而在原来的能级处留下一个空穴，导带中的电子与离化中心的空穴重新复合，产生发光。与此同时电子或空穴也会在量子点的内部扩散盈[2]。分立发光中心发光则是指处于激发态的电子并不离开原来的发光中心，只是从基态被激发到一些高能量的激发态上。处于高能级导带上的电子不稳定，电子可以再跃迁回价带基础能级而发射光子；也可以落入量子点的电子陷阱中。当电子落入较深的电子陷阱中的时候，大多数电子以非辐射的形式而猝灭，只有极少数的电子以光子的形式跃迁回价带或吸收一定能量后跃迁回到导带。因此，当量子点的电子陷阱较深、较多时，其量子产率会较低[3]。 半导体量子点的电子和空穴主要通过电子和空穴直接复合发光、表面缺陷态