量子點(diǎn)在生物和醫(yī)學(xué)分析中的應(yīng)用

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1、量子點(diǎn)在生物及醫(yī)學(xué)分析中的應(yīng)用分析化學(xué)高霞（200425035）內(nèi)容提要引言合成方法基本特性應(yīng)用小結(jié)QuantumDots(QDs)量子點(diǎn)（LuminescenceSemiconductornanocrystals半導(dǎo)體納米晶體）70年代，量子點(diǎn)由于其獨(dú)特的光學(xué)特性,認(rèn)為其應(yīng)用主要集中在電子與光學(xué)方面80年代，生物學(xué)家已經(jīng)對量子點(diǎn)產(chǎn)生了濃厚的興趣，但由于它的熒光量子產(chǎn)率低，工作集中在研究量子點(diǎn)的基本特性方面1997年以來，量子點(diǎn)制備技術(shù)的不斷提高,量子點(diǎn)已越來越可能應(yīng)用于生物學(xué)研究。量子點(diǎn)可作為生物探針是從1998年Al

2、ivisatosAP.ChanWC兩個(gè)研究小組開始，此后量子點(diǎn)的功能進(jìn)一步被發(fā)現(xiàn)、推廣，使之成為生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。引言量子點(diǎn)的合成合成方法Top-downBottom-up晶體表面刻蝕組成器件化學(xué)制備生物體系標(biāo)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(diào)節(jié)，易于自組織量子點(diǎn)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-solublenanocry

3、stalsampleinPBS量子點(diǎn)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(jī)染料相比，它有其獨(dú)特的性質(zhì)：單個(gè)波長可激發(fā)所有的量子點(diǎn),而不同染料分子的熒光探針需多個(gè)激發(fā)波長應(yīng)用范圍廣：可用于多領(lǐng)域和多儀器多種顏色：顏色取決于量子點(diǎn)的大小，在同一激發(fā)波長下，可發(fā)出多種激發(fā)光，達(dá)到同時(shí)檢測多種指標(biāo)的要求。抗光致漂白性安全：細(xì)胞毒性低，可用于活細(xì)胞及體內(nèi)研究熒光時(shí)間長：熒光時(shí)間較普通熒光分子長數(shù)千倍，便于長期跟蹤和保存結(jié)果QD可用于非同位素標(biāo)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-

4、CH2COOH),從而使量子點(diǎn)既具有水溶性，還能與生物分子（如蛋白質(zhì)、多肽、核酸等）結(jié)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(zhì)。Fig.3SchematicofaZnS－CappedCdSeQDthatiscovalentlycoupledtoprotein將不同熒光特征的量子點(diǎn)組合進(jìn)內(nèi)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(biāo)記到生物大分子上的熒光納米球Taylor等人用納米球標(biāo)記的蛋白質(zhì)來測定拉直的單個(gè)DNA分子，EcoRI酶能與20nm大小的熒光納米球通過酰胺鍵結(jié)合，通過12個(gè)

5、氫鍵識別雙螺旋DNA分子的特定順序與蛋白質(zhì)偶聯(lián)，形成生物傳感器，測定生物體內(nèi)物質(zhì)的特性溫度的高低直接影響到量子點(diǎn)顆粒的大小，一般情況T越高，制得量子點(diǎn)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(diǎn)，可以顯示出不同的顏色：用于追蹤神經(jīng)細(xì)胞膜中的氨基乙酸受體的活動性及擴(kuò)散性生物芯片技術(shù)：量子點(diǎn)色彩的多樣性滿足了對生物高分子（蛋白質(zhì)、DNA）所蘊(yùn)含海量信息進(jìn)行分析的要求：將聚合物和量子點(diǎn)結(jié)合形成聚合物微珠，微珠可以攜帶不同尺寸（顏色）的量子點(diǎn)，被照射后開始發(fā)光，經(jīng)棱鏡折射后傳出，形成幾種指定密度譜線（條形碼），這種條

6、形碼在基因芯片和蛋白質(zhì)芯片技術(shù)中有光明的應(yīng)用前景幻彩量子點(diǎn)制防偽鈔票由于量子點(diǎn)的大小反射出不同顏色的可見光（2nm的量子點(diǎn)可反射出綠光，5nm則反射出紅光），美國曼徹斯特大學(xué)化學(xué)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(zhì)的性質(zhì)研究人員已經(jīng)能夠把多種量子點(diǎn)的混合物封裝進(jìn)百萬分之一米直徑的橡膠球內(nèi)，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(biāo)記不同的基因序列或抗體，方便研究人員辨認(rèn)不同的DNA或抗體蛋白,為進(jìn)一步探測DNA或抗體蛋白的性質(zhì)提供了一種新的方法。用疏水的改良聚丙烯酸包

7、被量子點(diǎn),使之與免疫球蛋白G和鏈霉親和素相結(jié)合,使其能準(zhǔn)確的結(jié)合并標(biāo)記在細(xì)胞表面蛋白、細(xì)胞支架蛋白和細(xì)胞核內(nèi)的蛋白質(zhì)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(xì)胞的模擬具有很大的價(jià)值。用量子點(diǎn)檢測腫瘤細(xì)胞Quantumdotsmodifiedwithantibodiestohumanprostatespecificmembraneantigenlightupmurinetumorsthatdevelopedfromhumanprostatecells.科學(xué)家們將轉(zhuǎn)鐵蛋白與量子點(diǎn)共價(jià)交聯(lián),讓宮頸癌細(xì)胞“吞”進(jìn)

8、細(xì)胞內(nèi),使連接了量子點(diǎn)的轉(zhuǎn)鐵蛋白仍然具有生物活性，實(shí)現(xiàn)單色長期熒光標(biāo)記觀察。他們采用兩種大小不同的量子點(diǎn)標(biāo)記小鼠的成纖維細(xì)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(diǎn)特異地標(biāo)記在細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白絲上,而發(fā)射綠光的量子點(diǎn)與尿素和乙酸結(jié)合,這樣的量子點(diǎn)與細(xì)胞核具有高親和力,并且可以同時(shí)在細(xì)胞中觀察到紅