量子點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展

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1、量子點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展  摘要:量子點(diǎn)是一種新型的納米粒子,又稱(chēng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)或半導(dǎo)體納米微晶體。由于其優(yōu)良、獨(dú)特的光譜特性和良好的光化學(xué)性質(zhì),近年來(lái)對(duì)它的研究越來(lái)越多。目前量子點(diǎn)在眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用,如檢驗(yàn)檢疫、材料分析、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科,并取得了一定的研究成果。尤其它在生命科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用,近幾年的發(fā)展尤為迅速,從而直接或間接地推動(dòng)著生命科學(xué)研究的不斷發(fā)展?! £P(guān)鍵詞:量子點(diǎn)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用  中圖分類(lèi)號(hào):O65文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2016)12(a)-0253-02  量子點(diǎn)技術(shù)是20世

2、?o70年代末,產(chǎn)生的一種新技術(shù)。此后的大約20年的時(shí)間里,人們對(duì)量子點(diǎn)的研究都主要集中在光電方面。直到1998年,Alivisatos和Nie兩個(gè)研究小組分別在Science上發(fā)表有關(guān)量子點(diǎn)作為生物探針的論文。論文首次將量子點(diǎn)應(yīng)用于活細(xì)胞體系研究,兩個(gè)研究小組解決了量子點(diǎn)與生物大分子偶聯(lián)的問(wèn)題及將量子點(diǎn)如何變?yōu)樗苄缘膯?wèn)題。由此開(kāi)啟量子點(diǎn)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的大門(mén)。其后,隨著量子點(diǎn)合成技術(shù)的不斷改進(jìn),具有優(yōu)良光學(xué)特性的量子點(diǎn)被合成,科研人員將量子點(diǎn)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的研究也在不斷擴(kuò)展?! ?量子點(diǎn)的基本特性  量子點(diǎn)(QDs)是一種由

3、半導(dǎo)體材料(II-VI族或III-V族元素)制成的,尺寸在2~20nm之間的納米粒子。作為一種新型的半導(dǎo)體納米材料,與熒光染料相比,量子點(diǎn)具有其獨(dú)特的光學(xué)及理化性質(zhì):(1)量子點(diǎn)的發(fā)射光譜與量子點(diǎn)的尺寸粒徑以及組成成分相關(guān)聯(lián),即通過(guò)改變量子點(diǎn)的尺寸和它的化學(xué)組分可以使發(fā)射光譜不同;(2)與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料相比,量子點(diǎn)的激發(fā)譜較寬,發(fā)射譜較窄。因此,可實(shí)現(xiàn)一元激發(fā)多元發(fā)射,即可用于多色標(biāo)記。而傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料的激發(fā)光波長(zhǎng)范圍較窄,多種波長(zhǎng)的激發(fā)光才能激發(fā)不同熒光染料。此外,量子點(diǎn)的發(fā)射峰窄而對(duì)稱(chēng),且無(wú)拖尾現(xiàn)象,不同量子點(diǎn)同時(shí)

4、使用時(shí)不易出現(xiàn)光譜交疊,更有利于研究工作的開(kāi)展;(3)量子點(diǎn)光穩(wěn)定性好,這有利于對(duì)標(biāo)記物體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀(guān)察;(4)量子點(diǎn)發(fā)射光譜與激發(fā)光譜幾乎不重疊,即有較寬的斯托克斯位移,有利于熒光光譜信號(hào)的檢測(cè);(5)量子點(diǎn)熒光壽命長(zhǎng)。當(dāng)光激發(fā)數(shù)納秒以后,大多數(shù)的自發(fā)熒光背景已經(jīng)衰減,而量子點(diǎn)熒光仍然存在,此時(shí)即可獲得無(wú)背景干擾的熒光信號(hào)(信噪比高);(6)各種化學(xué)修飾之后生物相容性好,可以進(jìn)行特異性連接,進(jìn)行生物活體標(biāo)記和檢測(cè)?! ?QDs在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用  隨著量子點(diǎn)制備技術(shù)的不斷提高,性能優(yōu)良的量子點(diǎn)被制成,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。在

5、生物醫(yī)學(xué)方面,它的應(yīng)用更是涉及多個(gè)方向?! ?.1細(xì)胞成像  量子點(diǎn)應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)的工作主要有兩大類(lèi):(1)細(xì)胞組織成像;(2)離體活細(xì)胞成像。將與生物分子相偶聯(lián)的量子點(diǎn)代替熒光染料,用于細(xì)胞內(nèi)生物分子檢測(cè)、腫瘤標(biāo)記,有著重要的臨床意義。在量子點(diǎn)細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)中,由于量子點(diǎn)色光與粒徑大小有關(guān),因此可以進(jìn)行多色標(biāo)記,同時(shí)觀(guān)察多種細(xì)胞;再則量子點(diǎn)光穩(wěn)定性好,適于長(zhǎng)時(shí)間觀(guān)察,有利于實(shí)驗(yàn)中就對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、凋亡做詳細(xì)觀(guān)察。對(duì)腫瘤細(xì)胞的標(biāo)記,從某種意義上來(lái)講,腫瘤標(biāo)志物變化情況也反應(yīng)著腫瘤細(xì)胞發(fā)生和分化程度。若腫瘤藥物與量子點(diǎn)相連,

6、靶向腫瘤細(xì)胞,還可觀(guān)察到藥物與腫瘤細(xì)胞的相互作用情況。因此,利用量子點(diǎn)檢測(cè)和量化腫瘤標(biāo)志物有利于腫瘤早期診斷、分類(lèi)和治療?! ?.2生物活體成像  量子點(diǎn)在生物標(biāo)記中的應(yīng)用的另一個(gè)重要部分是用于生物活體成像,即對(duì)動(dòng)物體內(nèi)的組織或細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記。其原理:一是量子點(diǎn)可以發(fā)出長(zhǎng)波長(zhǎng)的光,因此可用于生物體深層次示蹤和成像;二是利用量子點(diǎn)探針上不同的肽鏈分子可以識(shí)別不同的靶細(xì)胞。Larson等將CdSe/ZnS量子點(diǎn)注射到小鼠的尾部靜脈,量子點(diǎn)在動(dòng)物體內(nèi)的分布情況通過(guò)雙光子顯微鏡記錄,雙光子激發(fā)可用于厚標(biāo)本的成像。量子點(diǎn)相比標(biāo)準(zhǔn)的熒光探劑

7、,具有較高的雙光子吸收橫切面,并且不容易受到光漂白。因此量子點(diǎn)是用于雙光子顯微成像很好的標(biāo)記物。利用雙光子顯微鏡技術(shù)Larson透過(guò)皮膚將毛細(xì)血管成像,并且測(cè)量了血流的速度。Ballon等將CdSe/ZnS量子點(diǎn)注射到裸鼠的尾部靜脈,量子點(diǎn)在血液中循環(huán),然后沉積在肝、皮膚、骨髓、脾和淋巴結(jié),幾個(gè)月后,在骨髓和淋巴結(jié)仍可觀(guān)察到量子點(diǎn)。由此看來(lái),量子點(diǎn)技術(shù)也面臨兩方面挑戰(zhàn):其一,量子點(diǎn)在活體中易于聚集,并且可以非特異性地結(jié)合于不同的分子和組織中,因而生物相容性有待提高;其二,因?yàn)榱孔狱c(diǎn)通常是由如硒化鎘或硒化鉛這些有毒物質(zhì)制成,因而

8、要考慮其毒性和生物活體中代謝問(wèn)題?! ?.3生物芯片方面的應(yīng)用  量子點(diǎn)色光的多樣性與對(duì)蛋白質(zhì)、DNA等生物大分子中所蘊(yùn)涵的“海量”信息進(jìn)行分析的要求不謀而合。原先因?yàn)槭艿綗晒馓结樞阅艿南拗疲ǔR淮沃荒軐⒁环N或幾種標(biāo)記了熒光探針的蛋白質(zhì)與芯片作用,并進(jìn)行檢測(cè)。這種方法對(duì)多個(gè)

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