荧光量子点探针及其标记技术_蒋飞荣
量子点荧光探针在生物分析中的应用方法与性能评价

量子点荧光探针在生物分析中的应用方法与性能评价量子点荧光探针是一种新型的纳米材料,由于其优异的光学性质和生物相容性,被广泛应用于生物分析领域。
本文将介绍量子点荧光探针在生物分析中的应用方法以及性能评价。
首先,我们来探讨量子点荧光探针在生物分析中的应用方法。
量子点荧光探针可以通过不同的策略用于生物分析。
其中,最常见的应用方法之一是基于表面修饰的方法。
通过对量子点表面进行化学修饰,可以实现对生物分子的选择性捕获和检测。
例如,可以使用生物分子(如抗体、DNA)修饰量子点表面,将其用作特定生物分子的探针。
另一种应用方法是利用量子点的特殊光学性质,如荧光寿命和发射波长的可调控性。
通过对量子点的激发波长进行选择,可以实现多色荧光检测。
此外,量子点荧光探针还可以与其他功能性材料相结合,用于实现更多种类的生物分析技术,如荧光共振能量转移(FRET)和光学传感。
其次,我们需要评价量子点荧光探针在生物分析中的性能。
首先是荧光性能的评价。
量子点荧光探针具有较窄的发射峰和长的荧光寿命,这使得它们具有较高的荧光强度和较低的荧光衰减。
因此,我们可以通过测量荧光强度和寿命来评估量子点荧光探针的性能。
此外,还可以评估荧光稳定性和光稳定性,以确定其在长时间实验中的适用性。
其次是生物相容性的评价。
量子点荧光探针在生物体内的应用需要具备良好的生物相容性,以避免对生物体的毒性和损伤。
因此,我们需要评估量子点荧光探针的细胞毒性和体内毒性,并进行相关的安全性评估。
此外,还需要考虑量子点荧光探针的稳定性和溶解性,以确保其在生物样品中的可靠应用。
最后是应用性的评价。
量子点荧光探针在生物分析中的应用需要满足特定的需求,如高选择性、高灵敏度和广泛的检测范围。
因此,我们需要评估量子点荧光探针在特定生物分析中的性能,如蛋白质检测、细胞成像和DNA测序等。
总之,量子点荧光探针在生物分析中具有广泛的应用前景,并且其方法和性能评价对于其可靠应用非常重要。
在应用方法方面,可以基于表面修饰和光学性质等策略进行选择。
量子点荧光探针的应用

量子点荧光探针的应用量子点荧光探针是一种新型的生物医学探测技术,具有高灵敏度、高分辨率、抗荧光淬灭等优点。
它的应用范围非常广泛,包括生物标记、病毒感染、癌症诊断、分子成像等领域,下面我将从这些方面为大家详细介绍。
生物标记生物标记是一项广泛应用于生物领域的技术,可以用于分析细胞、研究蛋白质、药物研发等方面。
而传统的生物标记技术,例如荧光蛋白、染料等存在很多缺点,例如稳定性差,光谱重叠等。
而量子点荧光探针是一种新型的生物标记技术,具有高荧光强度、窄的发射光谱、高稳定性、长寿命等优点,可以用于各种生物标记,例如细胞、蛋白质、DNA等。
病毒感染病毒感染是一种常见的疾病,包括艾滋病、流感、肝炎、乙肝、水痘等。
而传统的病毒检测技术,往往需要繁琐的实验步骤,例如PCR扩增、酶联免疫吸附试验等。
而利用量子点荧光探针,可以快速、准确地检测病毒,例如利用转化腺病毒病毒包装系统,将量子点荧光探针包装在病毒颗粒中,然后用于病毒感染的检测。
癌症诊断癌症是一种常见的疾病,而快速、准确地诊断癌症非常重要。
而利用量子点荧光探针可以实现对肿瘤的检测、诊断、治疗等,例如利用抗原抗体结合原理,制备出针对癌细胞的量子点荧光探针,可以实现对肿瘤的精确诊断和治疗。
同时,量子点荧光探针还可以用于癌症细胞的成像,帮助医生更好地了解癌症发展过程,进而进行科学的治疗。
分子成像分子成像是一种分子水平的成像技术,可以用于研究生命科学、材料科学、化学等领域。
而利用量子点荧光探针,可以实现分子成像的高度精确,例如用于细胞成像、组织成像、小鼠成像等方面。
同时,量子点荧光探针还可以用于动态监控生物分子的活动、变化,帮助科学家更好地了解生命科学领域的研究。
总结量子点荧光探针是一种新型的生物医学探测技术,具有高灵敏度、高分辨率、抗荧光淬灭等优点。
它的应用范围非常广泛,包括生物标记、病毒感染、癌症诊断、分子成像等领域。
未来,量子点荧光探针还有很大的发展空间,将在生物医学领域起到越来越重要的作用。
基于量子点荧光探针的高灵敏蛋白质检测方法

基于量子点荧光探针的高灵敏蛋白质检测方法吴思敏;贾春平;刘莉芬;郜晚蕾;景奉香;金庆辉;张红锋;赵建龙【期刊名称】《华东师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(000)002【摘要】通过制备量子点荧光检测探针,构建了一种基于量子点探针和免疫磁珠的蛋白质检测方法,实现了对蛋白肿瘤标志物癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)的高灵敏定量检测.在该检测体系中,若存在有靶标蛋白,其与量子点检测探针以及捕获探针之间会发生免疫反应形成三明治结构,利用磁力分离器对免疫复合物进行富集后,通过检测富集在磁珠表面的量子点荧光信号,可实现对靶标蛋白的定量.该方法的检测灵敏度为38 pg/mL,线性范围为0.39~50ng/mL,临床质控样本检验结果表明,该方法准确度高,可重复性好,可应用于临床样本检测.该量子点探针检测体系具有灵敏度高、特异性好、样品消耗量低等优点,在疾病早期诊断方面具有广阔的应用前景.【总页数】9页(P144-152)【作者】吴思敏;贾春平;刘莉芬;郜晚蕾;景奉香;金庆辉;张红锋;赵建龙【作者单位】华东师范大学生命科学学院,上海200241;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室,上海 200050;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室,上海200050;华东师范大学生命科学学院,上海200241;中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室,上海 200050【正文语种】中文【中图分类】N39;Q71;R730.45【相关文献】1.基于高荧光碳量子点的汞离子荧光探针构建 [J], 贺建同;傅政2.基于核酸的高灵敏蛋白质检测方法研究进展 [J], 李昱;代唯强;吕雪飞3.基于氟硼二吡咯的水溶性高灵敏汞离子荧光探针 [J], 赵军伟;林静容;王紫云;何兆帅;刘国华;程探宇4.基于量子点标记的降钙素原快速、高灵敏荧光免疫层析检测方法的建立及应用[J], 廖德权5.基于量子点荧光探针的重金属离子Hg2+检测方法 [J], 漆明星;杨普;邹铃;孙明因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
量子点荧光探针在细胞成像中的应用

量子点荧光探针在细胞成像中的应用从犹太人的“创世纪”到《阿凡达》中的“不可思议的植物”,人类对于着迷于探索自然世界。
而在现代科技快速发展的今天,科学家们利用物理学、化学和生物学等多个学科的知识,探索着生命的奥秘。
其中,生物成像技术是一个非常关键的领域,它可以为研究人员提供关于细胞行为和疾病发展方面的重要线索。
而其中一个值得关注的技术便是利用量子点荧光探针进行细胞成像。
一、量子点荧光探针在细胞成像中的基本原理量子点(QD)是一种微小的半导体纳米晶体,其直径通常在2 ~ 10纳米之间。
因为其带有能带结构、发光量子效率高等特点,所以广泛应用于材料学、医学成像、光电子学、生物分子等领域。
在细胞成像方面,量子点荧光探针则是利用量子点的性质来发出特定的荧光信号,从而观察和研究细胞或组织。
QD因具有以下特点而成为理想的荧光探针:1. 显微镜下可见:与传统的荧光探针相比,QD的荧光稳定性和亮度更高,并且具有窄的发射峰,使得它们成为显微镜下的理想探针。
2. 成像范围广:QD可以吸收更多的激发光,发射光谱范围更广,使得它们可以用于不同类型的荧光成像,包括多色荧光和光谱成像等。
3. 易于功能化:QD可以被化学修饰,使得它们可以与不同类型的分子和细胞融合。
4. 长期追踪:QD相对于有机荧光探针而言稳定性和耐久性更高,因此可以长时间追踪物质在细胞内的运动,同时避免了有机探针的凋亡。
二、量子点荧光探针在癌症诊断中的应用利用QD探测癌症是细胞成像中应用最为广泛的一个领域。
由于QD具有高的亮度和稳定性,它们已被证实可以提高对癌细胞的检测灵敏度,从而提高癌症的早期诊断率。
举一个例子,一项针对早期cancer cells的研究中,研究团队分别使用纳米金粒子和QD对癌细胞进行观察。
结果发现,相对于纳米金粒子,QD对于早期cancer cells的检测灵敏度更高。
这是因为QD具有非常小的尺寸,使其可以更精细地定位并标记癌细胞,减少了假阳性结果的发生。
基于量子点的荧光探针在癌症分子识别中的应用研究

基于量子点的荧光探针在癌症分子识别中的应用研究随着医疗科技的不断发展,人类对于癌症的认知也越来越深入。
然而,仍有一个难题困扰着医疗界:如何早期发现癌症?为此,科学家们在研究新型的荧光探针。
目前,基于量子点的荧光探针是一个备受关注的领域,因为它有其它类探针不具备的优良特性。
一方面,基于量子点的荧光探针具有独特的荧光信号和优良的化学稳定性。
这一特性使得其非常适合于荧光显微镜成像,同时也使得其能够在复杂的环境中进行实时、高灵敏度的检测和传感。
另一方面,基于量子点的荧光探针还有一些其他的优点。
例如,它们对于非细胞毒性药物的相容性强,化学修饰更方便,分子特异性也更高。
我们利用这些特性来研究使用基于量子点的荧光探针作为早期癌症诊断的工具。
具体来说,我们以人类前列腺癌症为研究对象。
人类前列腺癌症是当前最常见的男性癌症之一,而这项研究的目标在于能够尽早、快速、准确地进行病变部位的识别,以便能够提高治疗效果和预防治疗。
我们使用基于量子点的荧光探针和临床医学样本分析了前列腺癌症恶变程度相关的生物标志物 PSA(prostate-specific antigen)。
同时,我们还设计了一种新型的基于量子点的荧光探针来检测被癌细胞中过度表达的蛋白质。
这些荧光探针将与这些蛋白质紧密关联,并通过特许的化验技术来识别癌症的存在。
我们的研究发现,基于量子点的荧光探针在早期识别蛋白质的变化上具有比传统方法更高的信号强度和更高的灵敏度。
这一发现意味着我们可以非常精确地分析样品中的蛋白质变化,并且即使是微量的蛋白质变化也能够被捕捉到,从而大大提高了检测癌症的准确性。
基于以上研究,我们将基于量子点的荧光探针作为癌症早期检测的工具是非常准确、敏感和快速的。
未来,我们将继续改进这一技术,并将其推广到其他类型的癌症和疾病诊断中。
量子点探针测定痕量金属离子

量子点探针测定痕量金属离子李建华;张勇;李英【摘要】量子点是近几年发展起来的新型纳米材料.因其独特而优良的荧光特性,量子点成为了一种具有很大发展潜力的荧光探针.将量子点作为标记物的荧光分析法也成为国内外研究学者的研究热点.这种新型荧光分析法已经广泛地应用于生物科学、医学、分析化学等领域,并显示出极大的优越性.本文集中叙述了修饰剂对量子点的荧光性质的影响和量子点在分析检测痕量金属离子方面的应用,讨论了金属离子与量子点作用后荧光猝灭或荧光增强的可能的机理.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2010(024)011【总页数】4页(P46-49)【关键词】量子点;痕量分析;荧光探针;金属离子【作者】李建华;张勇;李英【作者单位】成都理工大学,材料与化学化工学院,四川,成都,610059;成都理工大学,材料与化学化工学院,四川,成都,610059;成都理工大学,材料与化学化工学院,四川,成都,610059【正文语种】中文【中图分类】O657.3作为新型荧光探针的量子点,具有激发光波长范围宽且激发谱为连续谱带,较大的斯托克斯位移和狭窄对称的荧光谱峰,强抗光致漂白能力,且发光颜色具有尺寸依赖性等优良的荧光特性。
1998年,Alivisatos[1]和Nie[2]等分别攻克了以量子点作为生物探针与生物之间相容性问题的难关,量子点逐渐成为学者们的研究对象,并且广泛应用于生物,食品安全,生命科学[3,4]等领域。
而工农业生产使一些有毒金属离子、贵金属离子不可避免的进入环境造成污染。
2002年,Chen[5]等首次提出了以量子点作为荧光探针检测重金属离子的新方法,量子点的研究很快成为了分析测试领域研究的热点。
量子点在环境监测及分析化学中的应用也越来越受到关注。
1 量子点荧光探针检测金属离子的特点和优势目前,检测微量和痕量的金属离子的主要方法有原子吸收光谱法、极谱法、溶出伏安法、X射线法、中子活化法、电感耦合等离子原子发射光谱法、电感耦合等离子质谱法[6]等。
荧光量子点标记技术在生物医药领域的研究进展

荧光量子点标记技术在生物医药领域的研究进展作者:高勇郭艳安维韩亚丽张娟丽来源:《价值工程》2019年第30期摘要:荧光量子点标记技术作为荧光标记技术领域的最为先进的技术,因其无放射污染性、低细胞毒性以及检测技术成熟等优点,已经成为现代生物医药领域研究中的不可或缺的手段和技术。
本文从各类荧光量子点制备、表面功能化方面的最新技术进行详细论述,对其在生物医药领域的如细胞内外物质追踪、生物组织成像、疾病早期诊断等方面的研究趋势和应用前景进行了展望。
Abstract: Fluorescent quantum dot labeling technology, as the most advanced technology in the field of fluorescent labeling technology, has become an indispensable means and technology in the research of modern biomedicine because of its advantages of no radioactive contamination, low cytotoxicity and mature detection technology. In this paper, the latest technologies in various quantum dot preparation and surface functionalization are discussed in detail, and the research trends and application prospects in the field of biomedicine, such as intracellular and extracellular material tracking, biological tissue imaging, early disease diagnosis, etc., are prospected.关键词:荧光标记;量子点;生物医药;应用研究Key words: fluorescent labeling;quantum dots;biomedical;application research中图分类号:Q503 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码:A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号:1006-4311(2019)30-0280-030 ;引言荧光标记技术与放射性物质标记、发光物质标记、生物酶标记技术一并被称为应用分析标记技术,由于其无放射性污染、低细胞毒性以及检测方法成熟可靠等突出优点,已经成为现代生物医药领域研究中的不可或缺的手段和技术。
量子点荧光探针在肿瘤标记与靶向治疗中的应用技巧

量子点荧光探针在肿瘤标记与靶向治疗中的应用技巧随着科学技术的不断进步,量子点荧光探针作为一种新型的纳米材料具备着出色的光学性能和生物相容性,在生物医学领域中得到了广泛的应用。
特别是在肿瘤标记与靶向治疗的研究中,量子点荧光探针因其独特的特性,成为了研究人员关注的焦点。
本文将就量子点荧光探针在肿瘤标记与靶向治疗中的应用技巧进行探讨。
首先,量子点荧光探针的性质使其成为肿瘤标记的理想选择。
由于量子点荧光探针具有较小的尺寸,可在细胞水平上实现高度的进入,因此能够更好地与肿瘤细胞发生特异性的相互作用。
通过在量子点表面修饰特定的生物分子,如抗体或肽段,可以实现对肿瘤细胞的特异性识别和标记。
这种高度特异性的标记使得医生和研究人员能够更准确地检测肿瘤细胞的存在和分布,从而为肿瘤的早期诊断和定位提供了有效的手段。
其次,量子点荧光探针在肿瘤靶向治疗中也显示出了巨大的潜力。
通过改变量子点表面的修饰,可以使其具有多种不同的生物活性分子。
例如,可以在量子点表面修饰药物分子,实现对肿瘤细胞的精确治疗。
药物分子可以通过特异性的靶向作用,将药物精确地送达到肿瘤细胞,避免对健康细胞的损害,提高治疗的效果。
此外,量子点荧光探针还可以用作光动力疗法的辅助剂,通过激活量子点内的光敏剂,实现对肿瘤细胞的杀伤作用。
这种靶向性的治疗方法将大大提高治疗效果,减少不必要的副作用。
在实际应用中,量子点荧光探针的合理设计和制备至关重要。
首先,荧光探针的发光波长应该与肿瘤标记或治疗的需求相匹配。
通过调整量子点的粒径和组成,可以实现对探针发光波长的精确控制,确保探针能够有效地在特定光谱范围内发光。
其次,量子点表面的修饰也需要精心设计。
例如,量子点表面可以修饰具有特异性的抗体,以实现对特定肿瘤细胞的标记和治疗。
此外,量子点的表面修饰还可以使其在生物体内的稳定性得到提高,延长其在体内的停留时间。
最后,量子点荧光探针的毒性和生物相容性也需要引起研究人员的重视。
量子点分子探针双标记技术研究癌细胞克隆生长行为

量子点分子探针双标记技术研究癌细胞克隆生长行为耿霞飞;刘少平;方敏;李雁【期刊名称】《肿瘤防治研究》【年(卷),期】2015(0)2【摘要】目的研究癌细胞的克隆生长行为,分析癌细胞的增殖特点。
方法以乳腺癌MCF-7细胞、结肠癌SW480细胞和胃癌SGC7901细胞为研究对象,进行细胞克隆的形态学特点研究。
用量子点分子探针双色标记技术,以绿色量子点标记癌细胞胞质,黄、红色量子点标记癌细胞胞核Ki67,观察癌细胞克隆的形成速度,克隆内细胞形态、离散趋势、Ki67表达分布情况。
结果细胞克隆形成实验可见,乳腺癌MCF-7细胞生长6天形成克隆,结肠癌SW480细胞生长8天形成克隆,胃癌SGC7901细胞生长12天形成克隆。
三种细胞均具有明显异型性特点;核质比大,易见病理性核分裂相;克隆周边细胞形成较多突触。
部分克隆中,边缘细胞与克隆分离或呈分离趋势。
量子点探针技术检测可见,大部分Ki67强阳性细胞分布于克隆周边或集中于一侧。
结论 Ki67广泛表达于MCF-7、SW480和SGC7901三种癌细胞,且在癌细胞克隆周边表达更强或集中于一侧,癌细胞克隆呈现明显的不对称生长行为。
【总页数】5页(P103-107)【关键词】细胞克隆形成;量子点;Ki67【作者】耿霞飞;刘少平;方敏;李雁【作者单位】武汉大学中南医院肿瘤科,肿瘤生物学行为湖北省重点实验室,湖北省癌症临床研究中心,武汉430071;武汉大学中南医院医学科学研究中心,武汉430071【正文语种】中文【中图分类】R730.2【相关文献】1.特异性鼠源肝癌细胞靶向的量子点标记Aptamer荧光生物探针 [J], 张晶;贾星;吕晓菁;邓玉林;谢海燕2.水溶性CdTe量子点-广谱抗细胞角蛋白单克隆抗体荧光探针的制备及其对肝癌细胞HepG2的免疫荧光标记 [J], 隋玉杰;王茜;王雅丽;吴枚;郑锦花;杜珍武;张玉成;张桂珍3.量子点标记双分子探针技术观察乳腺癌HER-2与Ki-67协同表达 [J], 向清明;王林伟;袁静萍;杨芳;陈佳梅;李雁4.量子点-RGD探针对人胰腺癌细胞株SW1990靶向标记的研究 [J], 杨姗莹;倪倩雯;瞿春莹;徐雷鸣;周敏;张毅;张建成5.纳米量子点标记探针技术对乳腺癌人表皮生长因子受体2及Ⅳ型胶原蛋白的原位标记成像及临床意义 [J], 马婕;孙圣荣;陈创;孙金中;涂毅;方敏;李雁因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
一种量子点纳米荧光探针联合蛋白芯片寻找小分子化学药靶点的方法

专利名称:一种量子点纳米荧光探针联合蛋白芯片寻找小分子化学药靶点的方法
专利类型:发明专利
发明人:余强
申请号:CN201010608204.5
申请日:20101228
公开号:CN102539780A
公开日:
20120704
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明将量子点与小分子化学药进行连接,形成一种“量子点-小分子化学药”荧光探针,然后将这种荧光探针直接与蛋白芯片共孵育,经过洗涤后,根据蛋白芯片上量子点受光激发而发出的荧光来确定药物与芯片上固定的已知蛋白质之间特异性的结合位点(即靶点),进而通过计算机软件分析这些结合位点的蛋白。
本发明可简便、快速地寻找小分子化学药以及对细胞产生药效的靶蛋白,可为高通量地筛选小分子化学药新药提供高效的技术手段。
申请人:盛世泰科生物医药技术(苏州)有限公司
地址:215123 江苏省苏州市工业园区星湖街218号生物纳米园A3-323室
国籍:CN
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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@; 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:AFluorescent quantum dots probes and their biological labelingJIANG 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 ChineseMedical 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/2010.04.001392生命科学第22卷光寿命长,具有能够对所标记的物体进行长时间观察等优势[5]; (3)化学修饰后可得到生物相容性好的QDs,并可以与抗体或小分子特异性连接,对生物体毒性小,可以进行靶向标记和检测[6-8]。
2 QDs的标记原理QDs可以与特定抗体或小分子结合后,在不改变其化学特性的情况下,当受到光激发后发出特定波长的荧光,这样QDs通过抗体和小分子结合实现了对细胞的不同细胞器或骨架系统的标记[9, 10]。
QDs 的光谱性质主要取决于半导体纳米粒子的半径大小,半径越小,其能带越宽,使其吸收带蓝移,粒子发射蓝光;反之则红移,粒子发射绿、黄、橙、红光等,激发QDs的激发波长范围很宽,可以涵盖整个光谱,从紫外到红外区,可以用同一波长的光激发不同大小的QDs,并且不同的量子点通过调整其粒径大小可以由同一波长的光激发发出不同颜色的荧光[11],从而使不同生物分子的标记、识别变得更容易,在生物化学、分子和细胞生物学等研究领域显示了极其广阔的应用前景。
3 QDs的表面修饰高质量的QDs通常在长烷氧化三辛基膦(tri-n-octylphosphine oxide,TOPO)等高沸点溶剂中合成,这些有机溶剂分子暴露在外面的长烃链致使QDs的亲水性和生物相容性差,不能直接与生物物质作用制成探针。
近年来,通过在QDs表面修饰上亲水性的官能团[12]或包裹一层亲水性的物质在其表面,解决了半导体QDs的水溶性和生物相容性问题。
目前常用的表面修饰的方法主要有:(1)表面硅烷化;(2)配体交换;(3)配体包裹;(4)微球包裹。
3.1 表面硅烷化Bruchez等[1]用Si/SiO2取代疏水有机配体TOPO 与QDs发生偶联,从而使QDs获得水溶性, 在水溶液或缓冲液中很稳定,且能保持较高的量子产率,但结合过程复杂,耗时长,硅层易水解,容易发生颗粒之间的交联,引起团聚和沉淀。
Chen等[13]用偶联上羟基的CdSeS/SiO2核壳型的QDs,在模拟人体血液环境下孵育5 d,QDs的最大发射波长和荧光强度都没有降低,然后将QDs注射小鼠尾静脉,用等离子体质谱检测111Cd,测出肝、脾、肺和肾脏是其主要的靶器官。
Knopp等[14]报道了用SiO2与胺、羧基、醛、环氧树脂、硫醇等官能团结合修饰QDs,发现不仅降低与QDs表面的吸附,不容易引起团聚和沉淀,而且可以提高量子产率。
3.2 配体交换用带有功能性基团的配体分子交换疏水的表面活性层。
这些配体通常一端有能与QDs结合的功能性基团(如巯基),而另一端具有亲水性的基团(如羧基),通过巯基与QDs表面的Zn原子结合,游离的亲水性基团既使QDs具有水溶性,又可与不同的生物分子相互偶联。
这种方法简单方便,但问题是巯基与QDs结合并不牢固,从长期稳定性考虑,这样形成的亲水层易于瓦解。
3.2.1 巯基乙酸(mercaptoacetic acid,MAA)用MAA修饰QDs能使其在水溶液中有更好的溶解性和稳定性。
Yu等[15]用AFP单克隆抗体作为一抗,用巯基乙酸修饰的水溶性CdSe/ZnS核壳型QDs 与相应二抗结合制备成QDs-IgG探针,实现了对体外培养高表达AFP的人肝癌细胞株HCCLM6的免疫荧光成像,将细胞分别通过皮下和尾静脉注射建立肝癌裸鼠模型和人肝癌肺转移裸鼠模型,用该QDs 探针均成功地实现了肿瘤的体内成像。
3.2.2 二氢硫辛酸(dihydrolipoic acid,DHLA)Jaiswal等[7]将DHLA包被的QDs与活细胞于37℃共育,观察到QDs通过内吞作用进入细胞,交联avidin的QDs进入生物素化的细胞,并不影响细胞的形态和生长。
Susumu等[16]设计了一种用来修饰Q D s的多功能配体,该配体由三部分组成,即DHLA(与QDs和PEG短链结合)、PEG(用来改善其水溶性)以及生物功能性官能团(如羧酸和氨基)。
这使得QDs可以更广泛稳定地应用在亲和素-生物素等生物共轭技术中。
3.2.3 聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)Ballou 等[17]将PEG包裹的QDs通过尾静脉注入小鼠体内,于不同的时间剖检后观察QDs在体内荧光稳定性,结果表明PEG修饰后的QDs不仅具有水溶稳定性,可以有效降低探针在网状内皮系统的非特异性吸附,而且在肝脏、淋巴结和骨髓中至少可以保留1个月,同时可以增加QDs在循环中的半衰期,有助于实现QDs活体内长时间实时动态示踪观察。
3.2.4 其他如三(2-氨乙基)胺[18][Tris(2-aminoethyl)amine, Tren]修饰QDs使QDs表面带正电,有效被细胞吸收;聚胺[19](poly amidoamine,PAMAM)修饰QDs393第4期蒋飞荣,等:荧光量子点探针及其标记技术可以使QDs有效通过细胞屏障;聚乙烯亚胺[20](poly ethyleneimine,PEI)修饰QDs可使QDs溶于极性溶剂中;磷化氢聚合物[21](phosphine polymer)修饰QDs可以增加QDs发光强度。
3.3 配体包裹用两亲聚合物包裹QDs,这种方法能够克服以上两种方法存在的问题,这些两亲聚合物包含疏水末端和亲水基团,两性分子中疏水基团与QDs表面疏水基团相互作用发生偶联,从而防止了两性分子从QDs表面脱附,同时又能保留QDs表面控制QDs 的粒子尺寸分布的疏水配体TOPO,由于在体系中引入了亲水基团,可使QDs转换为水溶性。
3.3.1 磷脂(phospholipid,PE)Dubertret等[22]将QDs包裹于PEG-PE胶束中,利用PE分子中的氨基与DNA连接,不但能够用于体内及体外成像,而且制成的量子点微球大小均匀,形状规则,几乎不存在团聚情况。
Liu等[23]用磷脂将QDs包裹并研究其与培养的非小细胞肺癌细胞的相互作用,发现QDs可以有效封装在磷脂内,通过荧光去极化实验确认QDs主要分布在细胞质中。