量子點在生物及醫(yī)學分析中的應用

.,量子點在生物及醫(yī)學分析中的應用,分析化學高霞（200425035）,.,內容提要,引言,合成方法,基本特性,應用,小結,.,QuantumDots(QDs)量子點（LuminescenceSemiconductornanocrystals半導體納米晶體）70年代，量子點由于其獨特的光學特性,認為其應用主要集中在電子與光學方面80年代，生物學家已經對量子點產生了濃厚的興趣，但由于它的熒光量子產率低，工作集中在研究量子點的基本特性方面1997年以來，量子點制備技術的不斷提高,量子點已越來越可能應用于生物學研究。量子點可作為生物探針是從1998年AlivisatosAP.ChanWC兩個研究小組開始，此后量子點的功能進一步被發(fā)現、推廣，使之成為生物學領域研究的熱點。,引言,.,量子點的合成,合成方法,Top-down,Bottom-up,晶體表面刻蝕,組成器件,化學制備,生物體系標記,波長范圍寬，發(fā)射峰尖銳，發(fā)射波長可以通過納米粒子粒徑調節(jié)，易于自組織,.,量子點具有較大的斯托克位移和狹窄對稱的熒光譜,Fig.1(A)Excitation(dashed)andfluorescence(solid)spectraoffluorescein(B)atypicalwater-solublenanocrystalsampleinPBS,量子點通常以CdSe為核、CdS或ZnS為殼的核-殼型納米體，與傳統(tǒng)的有機染料相比，它有其獨特的性質：,.,單個波長可激發(fā)所有的量子點,而不同染料分子的熒光探針需多個激發(fā)波長應用范圍廣：可用于多領域和多儀器多種顏色：顏色取決于量子點的大小，在同一激發(fā)波長下，可發(fā)出多種激發(fā)光，達到同時檢測多種指標的要求。抗光致漂白性安全：細胞毒性低，可用于活細胞及體內研究熒光時間長：熒光時間較普通熒光分子長數千倍，便于長期跟蹤和保存結果,.,QD可用于非同位素標記的生物分子的超靈敏檢測，如在QD表面連接上巰基乙酸（HS-CH2COOH),從而使量子點既具有水溶性，還能與生物分子（如蛋白質、多肽、核酸等）結合，通過光致發(fā)光檢測出QD，從而使生物分子識別一些特定的物質。,Fig.3SchematicofaZnSCappedCdSeQDthatiscovalentlycoupledtoprotein,.,將不同熒光特征的量子點組合進內部鏤空的高分子小球,從而形成具有不同光譜特征和亮度特征的可標記到生物大分子上的熒光納米球,Taylor等人用納米球標記的蛋白質來測定拉直的單個DNA分子，EcoRI酶能與20nm大小的熒光納米球通過酰胺鍵結合，通過12個氫鍵識別雙螺旋DNA分子的特定順序,.,與蛋白質偶聯，形成生物傳感器，測定生物體內物質的特性,.,.,.,溫度的高低直接影響到量子點顆粒的大小，一般情況T越高，制得量子點的顆粒越小，發(fā)出的熒光波長越短，因此顆粒大小不同的量子點，可以顯示出不同的顏色：,用于追蹤神經細胞膜中的氨基乙酸受體的活動性及擴散性,.,生物芯片技術：量子點色彩的多樣性滿足了對生物高分子（蛋白質、DNA）所蘊含海量信息進行分析的要求：,將聚合物和量子點結合形成聚合物微珠，微珠可以攜帶不同尺寸（顏色）的量子點，被照射后開始發(fā)光，經棱鏡折射后傳出，形成幾種指定密度譜線（條形碼），這種條形碼在基因芯片和蛋白質芯片技術中有光明的應用前景,.,幻彩量子點制防偽鈔票由于量子點的大小反射出不同顏色的可見光（2nm的量子點可反射出綠光，5nm則反射出紅光），美國曼徹斯特大學化學教授奧布賴恩有意用它來制造新的防偽鈔票上的條碼。,.,探測DNA及蛋白質的性質,研究人員已經能夠把多種量子點的混合物封裝進百萬分之一米直徑的橡膠球內，這些橡膠小球會放射出不同顏色的光。研究人員可以用這些橡膠小球分別標記不同的基因序列或抗體，方便研究人員辨認不同的DNA或抗體蛋白,為進一步探測DNA或抗體蛋白的性質提供了一種新的方法。,.,用疏水的改良聚丙烯酸包被量子點,使之與免疫球蛋白G和鏈霉親和素相結合,使其能準確的結合并標記在細胞表面蛋白、細胞支架蛋白和細胞核內的蛋白質上，利用其抗漂白的性能，通常對于定量檢測熒光分子及生物活細胞的模擬具有很大的價值。,.,用量子點檢測腫瘤細胞,Quantumdotsmodifiedwithantibodiestohumanprostatespecificmembraneantigenlightupmurinetumorsthatdevelopedfromhumanprostatecells.,.,科學家們將轉鐵蛋白與量子點共價交聯,讓宮頸癌細胞“吞”進細胞內,使連接了量子點的轉鐵蛋白仍然具有生物活性，實現單色長期熒光標記觀察。,.,他們采用兩種大小不同的量子點標記小鼠的成纖維細胞,一種發(fā)射綠色熒光,一種發(fā)射紅色熒光,并且將發(fā)射紅色熒光的量子點特異地標記在細胞內肌動蛋白絲上,而發(fā)射綠光的量子點與尿素和乙酸結合,這樣的量子點與細胞核具有高親和力,并且可以同時在細胞中觀察到紅色和綠色的熒光，從而實現雙色熒光標記觀察。,.,在生物檢測中的其它應用,把量子點分別同生物素、尿素、醋酸鹽和某種抗體鏈接了起來，成功的到達了特定的細胞結構；可以有許多種分子用作量子點的導引物質，包括核酸、細胞膜上的脂質、同載體蛋白質或載體糖聯系緊密的蛋白質，還有一些藥物可以把量子點導引到特定細胞結構中去；研究人員正致力于量子點在神經遞質研究（了解神經信號傳導的研究）中的應用。他們將量子點標記在一種重要的神經遞質5-羥色胺上,然后觀察了轉運蛋白是怎樣推動神經遞質在將信號通過相鄰神經細胞的間隙傳遞后，又回到細胞中的過程；可以應用在醫(yī)學成像技術中,.,小結,總的來說，由于量子點技術有其獨特的標記特點,它必將成為今后生物分子檢測的尖端技術,為DNA檢測(DNA芯片)、蛋白質檢測(蛋白質芯片)和探索蛋白質蛋白質之間(抗原抗體、配體受體、酶底物)反應原理提供更先進的方法。同時也將極大的推動生物顯像技術和生物制藥技術的迅猛發(fā)展,給疾病的診斷和治療帶來巨大進步。,.,T