荧光量子点

荧光量子点探针在生物医学中的应用进展
杨冰冰1302班2013113010222
【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。

文章主要概括了荧光量子点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。

【关键词】荧光量子点探针生物标记
量子点(quantumdots,QDs)又称半导体纳米微晶体,是一种由0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。

本文将主要评述荧光量子点探针在生物医学中的应用进展。

一，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Alexa488比较,量子点发射的荧光较强而且不被激发光淬灭。

Jaiswal等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。

二，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FITC等其他荧光染料。

付志英等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CA242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CA242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。

三，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(BSA)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。