纳米粒子在生物分析中的应用

荧光分析法常用于临床测定生物样品中某些成分 的含量，其中以核糖核酸和脱氧核糖核酸的测定 更为重要。该方法中最常利用各种荧光探针。
应用最为普遍的荧光探针是有机染料，但在大多 数情况下，由于它们的激发光谱都较窄，所以很 难同时激发多种组分，而且分布不对称利用纳米 粒子作为生物荧光探针就能较好的解决这些问题。 与传统的荧光探针相比，纳米晶体的激发光谱宽， 且连续分布，而发射光谱呈对称分布且宽度窄颜 色可调，即不同大小的纳米晶体能被单一波长的 光激发而发出不同颜色的光，并且光化学稳定性 高，不易光解。
这种变化是由金属纳米粒的表面等离子体共振引起的。杂 交能使粒子间距离缩短，产生相应的颜色变化，并形成纳 米粒子聚集体。因此，可由颜色的变化来判断是否发生了 杂交。
同时他们还发现标记了DNA的金纳米粒子不论是在高温 （80℃），还是在浓度较高的盐溶液（0.1mol/L的NaCl 溶液）中放置好几天都很稳定。这主要是由于金纳米粒 子表面连结的DNA 阻止了它们的相互结合。而这对于 杂交非常重要，因为DNA的杂交需要在浓度较高的盐溶 液中进行。
生命科学的飞速发展对分析化学提出了大量新的 课题，目前集中在多肽、蛋白质、核酸等生物大 分子分析，生物药物分析，超痕量、超微量生物 活性物质分析，甚至微生物分析等。因此，生物 化学分析已成为现代分析化学发展的最重要的前 沿领域之一。
为了适应这种形势的要求，众多分析化学工作者 正在不断努力开创新的方法和技术。纳米粒子的 应用就是其中的一个重要代表。
荧光纳米粒子以共价键结合
将此结合体与λ-DNA（有5个可结合位置）反应，再 把反应后的DNA分子利用流体力学原理拉直，固定 在涂有多熔素的璃载片上。实验中发现，经荧光纳米 球标记的EcoRI 酶能识别和分裂单个λ-DNA分子。用 多色荧光显微镜能看到绿色的（530 nm）单个DNA 分子和黄橙色（580-620nm）的纳米球。这样，通过 荧光图像就能揭示所连接的纳米球的位置。实验结果 表明，同一DN A 分子上的多个特定顺序能被同时测 定。
总之，纳米粒子在生物化学中的应用是一个方 兴未艾和值得引起高度重视的新领域。
荧光纳米球乳液在生物分析中的应用
单个的染料分子不同，乳液中每一个荧光纳米粒 子（或称纳米球）都包含了约100-200 个分子， 而每个子又都含有受外界环境保护的发色基团。 乳液的保护作用在于隔开各个发色基团（由于各 种发色基团中一般含有环状共轭结构，如不加隔 离，往往会产生π-π叠加，从而使峰变宽，并发 生红移）。
最近ElghFra Baidu biblioteknian等提出了一种高选择性的检测聚核苷酸的比 色方法。他们以巯基烷烃聚核苷酸修饰的金属纳米粒子为 受体。杂交后，聚核苷酸探针不仅按特定顺序与目标聚核 苷酸结合，而且形成一个聚合网络，每一个受体单元都连 接着多个较短的双螺旋片断。
随着杂交的进行，体系的颜色将随纳米粒子光学性质的改 变而变化，因为纳米粒子的光学性质部分依赖于它们在聚 合网络中的距离，此距离远大于粒子的平均直径时显红色， 大致相等时，显蓝色。
目前有3种类型的纳米粒子可做为荧光记：
（1）具有光学活性的金属纳米粒子 （2）荧光纳米球乳液（已商品化） （3）发光量子点（由Alivisato和Nie等开
发）。考虑到纳米粒子的优良光谱特征和光 化学稳定性，以下综述了这3种纳米粒子在 生物分析中的应用及其发展前景。
金属纳米粒子在生物分析中的应用
与生物体结合的纳米粒子非常有利于对单个DNA
分子上的蛋白质和酶作实时观察和动力学研究。
发光量子点在生物分析中的应用
近年来，纳米晶体在免疫生物 学和临床检验学等研究中的潜 在应用价值已引起了科学工作 者的极大关注。量子点（简称 QD）是其中的一种，它是由半 导体材料制成的稳定的、溶于 水的、尺寸在2-20nm之间的纳 米晶体（见图）
实验发现，杂交前溶液呈红色，杂交后呈紫红色（或紫 色），干燥后，呈蓝色。若未发生杂交，或温度超过了 热分解温度，则呈粉红色。而且根据热分解温度附近杂 交体系颜色的变化，可辨别是完全匹配还是不完全匹配。
此方法能检测超痕量（10fmol即10-14mol）的寡核苷酸， 因而可以广泛应用于高分辨的核酸检测 系统的设计，并且以其仪器费用低，操作简便， 特别适合于小型实验室。
许多半导体量子点（纳米晶体） 能够发出激光诱导荧光，荧光 的颜色（荧光谱峰位置）则由 量子点的物理尺度所控制。
在此不做详细介绍
纳米粒子在生物标记中的发展为大量多色实验 和诊断学带来了新的机会，其所具有的光学可 调谐特点使它们可直接用作探针或作为传统探 针的敏化剂。
当然将纳米粒子作为生物荧光标记物还存在着 一些问题，如稳定的、发光效率高的纳米粒子 的制备条件较为苛刻，其生物可相容性、大分 子可接近性还有待于进一步提高。
这些荧光纳米粒子不易分解，且发出 的荧光亮而稳定（无闪烁现象）。
Taylor 等用纳米球标 记的蛋白质来测定拉 直的单个DNA 分子 的特定顺序。
EcoRI酶能通过12个 氢键识别双螺旋DNA 分子的特定顺序 GAATTC，它能与 20nm 大小的荧光纳 米球通过酰胺键结合。
EcoRI 酶分子与一个20nm 大小的