荧光量子点
荧光量子点在生物体内分子和细胞成像中的应用
[原文] Xiaohu Gao, Lily Yang, John A Petros, Fray F Marshall, Jonathan W Simons and Shuming Nie. In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots. Current Opinion in Biotechnology2005, 16, 63–72.
量子点（Quantum Dot）是一类具有纳米尺寸的发光粒子，它作为一类新的荧光材料被应用于生物分子和细胞成像中。和传统的有机染料分子和荧光蛋白相比，量子点具有独特的光学和电子性质，如它具有发射光波长可调，高亮度，抗光漂白性以及多种量子点不同颜色荧光同时激发的优点。目前已经开发出多功能的纳米微粒荧光探针就具有高亮度和生物体内稳定存在的特点。在量子点的结构设计上，先在量子点基本结构的外围引入一层两性的共聚物外壳，然后再将这层外壳与肿瘤特异性识别配体或药物转运官能团相连。带有聚合物外壳的量子点对细胞和动物是无毒的，但它们对细胞的长期毒性和降解机制还需要深入研究。与生物组织相连的量子点为动物或是人体高灵敏多元细胞成像技术开辟了道路。
简介
半导体量子点在过去的20年里已经引起了广大科学工作者的兴趣，它表现出来的奇特的光学和电子性质是单个分子或是大尺寸的固体所没有的。近来，纳米荧光量子点已经被用来作为荧光探针用于生物机理的研究，与传统的有机染料和荧光蛋白相比，它具有以下的优点：通过调节量子点的大小和组成可以获得从红外到可见波长的荧光发射，而且它在比较宽的吸收波长范围内具有大的摩尔消光系数，它较其他类型的荧光探针具有高亮度和光稳定性的优点[1]。因为它的宽吸收波长范围和窄发射波长，各种颜色和发射强度的量子点被用于生物体蛋白、基因序列和其他生物分子的研究[2-4]。
尽管荧光量子点具有相对大的尺寸（直径2-8nm），但现有的研究表明量子点荧光探针的行为与荧光蛋白（直径4-6nm）类似，而且从目前的荧光量子点的众多应用实例中还没有发现它在成键动力学和立体位阻方面存在问题[5-12]。这样一个中等大小的纳米量子点，具有较大的表面积，并且自身带有可以与“诊断试剂”和“治疗试剂”相连的官能团。此外，到目前为止，还未发现带有高聚物外壳的量子点对动物细胞有毒性。在本文中，我们将展示一下近两年来荧光量子点的
新发展以及它作为荧光探针在细胞成像中的应用，特别是多功能荧光量子点在活体肿瘤识别和成像中的应用。读者想要了解更多的有关荧光量子点的报道，请参考以下几篇文献[1, 13, 14]。
量子点荧光探针的发展
量子点荧光探针的发展主要集中在它的合成、溶解性问题以及在生物学中的应用。这种荧光粒子一般是由成百上千个第二副族和第六主族元素的原子（如CdSe和CdTe）或是第三副族和第五主族元素的原子（如InP和InAs）构成。目前已经可以通过控制条件来达到对粒子直径、形状（圆点、棒状或四面体）[15－18]和内部结构的调控（母核－外壳、梯度合金、单一合金）[19-22]。此外也可以合成二元素体系和三元素体系的荧光量子点。通过调节粒子的大小和母核的化学组成，可以获得荧光发射波长从400 nm到2000 nm的量子点，荧光量子产率在室温下可以达到85％[23]。
性能优异的荧光量子点可以在有机溶剂中高温下制备，这些有机溶剂往往具有较高的沸点，并且常带有长的烷基链（如tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), hexadecylamine等）。这些憎水的有机溶剂不仅仅是作为反应介质，更主要的是它们长碳链末端N原子或是O原子可以与量子点表面未配位饱和的金属原子作用，防止小粒子聚集形成大固体。结果，在这些量子点母核的表面形成了一单层的有机溶剂分子保护层，并且憎水性的长碳链向外伸展；这样具有“包裹”粒子基本结构的量子点只能溶于一些非极性的溶剂（如氯仿）。为了便于荧光量子点在生物成像中的应用，我们可以在憎水的量子点基本结构的外围引入一层两性的高聚物的外壳，使得它的水溶性增加；这样的两性高聚物往往由两部分组成，即憎水的长烷基链和亲水部分（可以是PEG或是多个羧酸官能团）。许多类型的两性高聚物已经被报道[5, 24, 25, 26]，如含有正辛胺长链的聚丙稀酸，PEG连接的磷酯、共聚物、聚酸酐等。如Figure 1所示,
Figure 1 多功能量子点荧光探针的结构。这张示意图显示了量子点母核的TOPO保护层，两性高聚物层，恶性肿瘤识别配体（多肽，抗体和）小分子抑制剂，以及PEG连接单元。
两性高聚物上的憎水边链与量子点基本结构的TOPO发生强烈的憎水基相互作用，而高聚物上的亲水部分则裸露在外面，使得荧光量子点变成水溶性的。荧光量子点基本结构中的TOPO仍旧紧紧地包裹在量子点母核的外面，将母核与外界环境隔离开，使量子点保持良好的荧光性能。为了提高荧光量子点的生物目标识别能力，通常两性高聚物包裹的量子点与具有生物目标特异识别能力的单克隆抗体、多肽、寡核苷酸或小分子抑制剂相连。通过PEG与其他配体相连可以提高量子点的生物相容性并减少它的非特异性标记。
荧光量子点与生物目标物的连接方式主要有被动吸附、多鳌合配位连接和共价连接（Figure 2）。两个常见的连接方式是碳酰亚胺-活化酯参与的酰胺键生成和马来酰亚胺参与的氨基与巯基的连接反应。传统的酰胺键连接方式可以免去底
物本身烦琐的化学修饰，因为大多数的目标蛋白本身都含有一定量的氨基和羧基
官能团。氨基和巯基连接方式的不利因素是含有游离的巯基的天然生物分子很少，而且在氧气存在下巯基也是不稳定的。近来也有基于其他官能团连接策略报道。Pellegrino等[26]报道了用包含酸酐官能团的两性高聚物来提高荧光量子点的水溶性，而量子点外层的酸酐官能团很容易与伯氨在没有缩合剂存在的条件下高效的反应。因为包含酸酐官能团的高聚物是一类可以生物降解的高分子，所以它被广泛地应用于药物转运和组织工程研究[27,28]。
Figure 2 量子点与生物分子的连接方式：a) EDAC参与的传统化学共价连接方式；b) 通过SMCC参与
的巯基与氨基还原偶联将抗体与量子点相连；c) 通过受体蛋白将抗体与量子点相连；d) 含有六组氨酸标签的多肽和蛋白与Ni-NTA修饰的量子点连接，定量定点。
目前，已经有很多的连接策略被发展，使得连接到带有两性高聚物外壳的量子点的配体分子能够定点地连接并且配体分子的数量可以控制。但是配体分子在荧光量子点上的精确定位和数量还不能非常理想地调控。Goldman小组[29]首先报道了一种连接策略，他们先在量子点上连接上一个融合蛋白，此融合蛋白上带正电的亮氨酸部分通过静电相互作用与带有负电的荧光量子点连接，然后蛋白上的免疫球蛋白G部分可以与抗体上的Fc部分相互作用而连接，而抗体上的具有特异目标识别作用的F(ab’)部分就裸露在量子点的外围（Figure 2c）。另外一种方法是先在量子点的外围连上一个NTA和Ni的鳌合物，然后这样一个Ni上未配位饱和的量子点可以与包含六组氨酸标签的生物分子通过配位作用连接（Figure 2d）。这种直接的基于六组氨酸标签的连接策略可以使得量子点定点地连接到目标分子上，紧缩了整个荧光探针的体积，有利于连接效率的提高，而且制备成本低廉（直接连接，纯化步骤简单）。
新颖的光学性质
根据前面的简要介绍，荧光量子点可以通过无机半导体材料制备。它的优异荧光性质大大提高了荧光检测中的信噪比。荧光量子点具有非常大的摩尔消光系数（0.5-5×106M-1cm-1）[30]，从而使它在照射有限的活体环境中较其他荧光探针显得更亮（活体环境中由于散射和吸收作用的存在大大削弱了激发光的强度）。从理论上讲，荧光物质的激发态寿命决定了它的荧光发射速率，由于量子点的激发态寿命较长（20-50ns），所以它的荧光发射速率约为传统的有机染料的1/5-1/10。实际上，荧光成像技术通常是在受限激发的条件下操作的，这样的话，荧光发射强度主要取决与荧光物质对激发光的吸收。因为荧光量子点的紫外消光系数（5-10×104 M-1 cm-1）大约是有机染料的10-50倍，因而导致在同样的激发条件下它的紫外吸收速率是有机染料的10-50倍，因此它的荧光发射强度为有机染料的10-20倍[31, 32]（Figure 3a）。此外，荧光量子点的抗光漂白能力也较有机染料强几千倍，因此它特别适合作为长时间连续跟踪成像的荧光材料（Figure
3b）。
由于荧光量子点具有较长的激发态寿命，所以通过时间控制的成像技术可以将量子点发射的荧光很方便地从背景荧光中区别出来[33, 34]。如Figure 3c所示的是有机染料和荧光量子点荧光发射强度随时间的衰减曲线，假设荧光量子点和有机染料同时受到激发，并且假设两者初始的荧光发射强度相同，荧光量子点的激发态寿命是有机染料的10倍，那么我们就会观测到从0-10ns 的极短时间内，两者的荧光发射强度比I QD/I dye从1增加到100。因此,在这样一个体系中运用时间延迟数据采集技术，可以使得获得的图像的对比度（信噪比）显著地提高。
Figure 3 荧光量子点的奇特光学性质。a) 三种相同摩尔浓度的荧光物质TRITC , 绿色量子点，红色量子点在正常光照条件下的荧光现象。因为量子点具有较大的紫外消光系数，它表现出了的荧光较有机染料强；b) 相同光激发条件下，量子点表现出是有机染料几千倍的抗光漂白能力；c) 量子点和普通有机染料激发荧光衰减曲线比较。由于量子点较长的激发态寿命，使得时间控制的成像技术得以运用，并将背景荧光噪音降至最低。τdye和τQD是当荧光发射强度下降到原来的1/e的弛豫时间；d) 在同一激发光条件下，老鼠皮肤背景荧光发射图和体内含有量子点的老鼠荧光发射图。（在扣除老鼠本身皮肤背景荧光发射后，可以得到量子点的荧光发射图）。
荧光量子点具有极大的Stokes位移，它有利于检测灵敏度的提高。在体内生物分子成像中，往往会有很强的背景荧光，干扰正常的检测过程，而量子点这一光学特性可以使它的发射荧光和背景荧光通过基于波长检测技术区别出来。从Figure3d可以看到，荧光量子点的Stokes位移在不同的激发光下可以达到300-400 nm，而以往的有机染料因为Stokes位移较小，所以在检测中它发射的荧光往往会被淹没在背景荧光中。荧光量子点探针具有较强的“颜色对比度”，所以通过基于波长的成像技术可以得到信噪比极高的图像[25]。
另外一个显著的优点是，不同颜色的荧光量子点可以被用来同时检测几个不同的目标分子。这对于生物检测来说是非常有利的，因为人类疾病如癌症、动脉硬化往往牵涉到一系列的基因和蛋白。跟踪一系列的荧光标记分子可以让科学工作者理解、分类和区别复杂的人类疾病[35]。多维成像技术中，核磁共振成像技术、正电子发射成像技术、X-ray成像技术以及相关的成像设备的技术要求非常高；而相对简便的荧光成像技术不仅可以提供荧光强度和波长的信息，而且可以进行多波长同时成像（彩色成像），不同分子和细胞可以用不同颜色的荧光量子点来标记。从这个技术讲，荧光量子点显得特别有优势。通过调整量子点的大小和化学组成，可以得到不同颜色荧光的量子点，同时由于它们具有宽的紫外吸收曲线，允许了多种颜色荧光量子点的同时激发成像技术。也有文献报道，毫米级的荧光量子点嵌入到聚合物珠子中，用于生物器官和血管的多元分子成像[35-40]。
体内分子和细胞成像
细胞成像和跟踪
因为荧光量子点的制备方法、表面修饰手段和生物连接技术的发展，它被广泛地应用于高灵敏的多颜色细胞成像技术中（Figure 4）。Wu等[5]将带有表面高聚物外壳的荧光量子点与链亲合素相连运用共焦显微镜观测到了细胞的骨架结构。由于荧光量子点对光的稳定性，它可以被运用在细胞的连续平面成像和高清晰的三维成像。由于荧光量子点的高电子密度，它可以被用来进行细胞结构的光学电子成像[41]。更进一步，Dahan和Jovin等人[6, 7]将荧光量子点用于单分子的实时成像检测，这样的工作是很难通过有机染料来实现的。一旦能够实现体内单
分子实时检测，它将为受体扩散动力学、配体受体相互作用、生物分子转运、酶活性以及分子马达等研究开辟广阔的道路。
Figure 4 量子点用于细胞和生物组织成像。 a)
绿色量子点标记的3T3纤维原细胞；b) 含有抗体
的红色量子点特异性识别尿激酶血浆酶子源用于
体内MDA-MB-231乳腺瘤标记；c) 用连有Tat 多
肽的量子点对哺乳动物细胞进行标记；d) 用能特异
性识别CXCR 4受体的量子点以及细胞核绿色染料
实现对冰冻组织标本的标记量子点用于体内目标
识别和成像。 Figure 5 量子点用于体内目标识别和成像。a) 荧光量子点标记的老鼠肺中的癌细胞；b) 具有近红外发射波长，水溶性的第二类型的量子点被淋巴结吸收；c) 包含各种量子点的不同颜色的微珠被注射到老鼠体内用于活体成像；d) 用包含抗体的红色量子点进行老鼠活体内前列腺癌细胞的特异性标记和成像。
Dubertret 等[24]将带有PEG 化磷酯外壳的量子点注射到青蛙胚胎，这个有PEG 外壳的量子点在胚胎环境中是高度稳定的，并且在4天之内没有发现细胞排异现象[24]。这种光稳定的荧光量子点已经被应用于细胞和生物分子长时间的实时跟踪[6, 7, 9]。将荧光量子点注射到老鼠体内，它迅速被老鼠淋巴结吸收，而且此荧光点在老鼠体内一直被观察到，长达4个月之久[42]。
荧光量子点也被作为荧光标签，用于活细胞的的成像（Figure 4c ）[24, 25, 43, 44, 45, 46]。量子点进入活细胞主要有以下三种方式：非特异性的胞饮作用、肌肉注射、和多肽诱发的转运（例如，Tat-PTD [25]）。令人惊讶的是，20亿个荧光量子点可以被同时引入到一个细胞的细胞核中，而没有影响此细胞的正常分裂、繁殖和运动能力[24, 44, 47]。单细胞的实时运动成像可以被应用于诸多重要的研究，如胚胎基因学、癌细胞转移、神经元细胞治疗、淋巴免疫学等。
淋巴结和血管成像
荧光量子点已经被报道用于淋巴结和血管成像（Figure 5a-c）。Ballou小组[42]将含有PEG外壳的量子点注射到老鼠血液，然后观察量子点母核外面的这层高聚物外壳对它在血液循环系统中停留时间的影响。有机小分子染料在刚注射完后的几分钟就从血液循环系统中被清除，而带有高聚物外壳的荧光量子点在血液中的半保留时间超过了3小时。这种现象是由这个带有PEG外壳的量子点的结构所决定的，它的尺寸正好在一个合适的范围内，它们足够小而且又是水溶性的，使得血液的清除作用以及网状内皮组织的过滤作用对它不能有效作用，而且它们的尺寸又是足够大而躲避了肾脏的过滤作用。Webb组[48]利用此有趣的性质，用荧光量子点进行了微血管的双光子成像，他们发现量子点的双光子吸收的交叉区域比传统有机染料大两到三个数量级。
为了提高量子点的组织渗透性，Kim等[49]制备了第二类型的荧光量子点，它在850 nm处有相当宽的荧光发射，中等的荧光量子产率13％。和第一代量子点相比，第二代的量子点的屏蔽材料的价键能和导带能都低于本身的母核，所以使得母核的电子和空穴的间隔变大，发射荧光的能量降低。这样的量子点更容易被淋巴结吸收，它被用于生物淋巴结的高清晰成像。
量子点荧光探针能被应用于体内的实时成像，外科医生在量子点成像提供的可视化依据的指导下，能够准确，迅速地定位和切除病变的组织。目前，还没有高效的红外发射区的量子荧光点的制备方法。现有的大多数荧光量子点材料（PdS, PdSe, CdHgTe和CdSeTe）或是因为不够亮，或是因为对光不够稳定而不能作为生物成像的理想材料。所以现在迫切需要研究一类具有红外或是远红外发射的足够亮而且光稳定的荧光量子点。Lim等[50]已经在理论方面进行了预测，他认为在活体成像技术中，荧光发射在700-900 nm和1200-1600 nm这两种波段的荧光物质是最合适的。
恶性肿瘤的识别和成像
Akerme等[51]首次报道了将荧光量子点连接多肽后再连接到恶性肿瘤的血管上，但是这样的荧光探针在体内没有被检测到。虽然这样，以前的体外研究结果表明荧光量子点能够通过活性多肽连接到恶性肿瘤的血管上，它可以避免网状内
皮组织的清除。近来，Gao等[25]报道了一类新的多功能的量子点荧光探针用于恶性肿瘤的活体成像。这类量子点包含了一层两性的共聚物外壳，这层外壳具有自身保护的作用，它上面连有对恶性肿瘤抗原特异性识别的配体，能够高效识别恶性肿瘤；外壳上的PEG则可以提高量子点的生物相容性。两性的高聚物外壳阻止了量子点荧光探针微粒的相互聚合，也防止了在生物缓冲体系中荧光性质的丧失[51, 52, 53]。更深入的量子点荧光探针的生物体内的行为也被报道，包括了它们在生物体内的分布、非特异性地被吸收、细胞毒性和代谢动力学。
在生物活体内，量子点荧光探针定位于恶性肿瘤体，可以通过两种机制进行，即被动识别机制和活性识别机制。在被动识别机制中，纳米尺寸的量子点通过它的高渗透性和保留性在肿瘤细胞中被大量富集[54, 55]。它主要是由两方面的原因引起的，血管基因恶性肿瘤它会产生一种促成血管内皮组织生长的物质，使得恶性肿瘤上的新生血管系统的渗透性加强，也就使得大分子或小粒子容易漏进来富集。其次，恶性肿瘤缺乏淋巴清除能力，导致了大分子或是纳米量子点的富集。而主动识别机制则可以通过以下的例子说明。据报道，PSMA是前列腺上皮细胞的重要组成，也是新生血管系统内皮细胞的主要组成[56]。当前列腺出现癌变的时候，它周围的PSMA浓度就会增加，相应的就会引起体内PSMA抗体在前列腺部位的富集和保留。在医学上，这也是进行成像、放疗、化学介入治疗的依据[57, 58]。Gao等[25]制备了一类荧光量子点，它本身带有PSMA的抗体，它与前列腺恶性肿瘤上的PSMA特异作用，实现了对恶性肿瘤的识别和标记监测（Figure 5d）。
生物毒性和潜医疗用途
荧光量子点的生物毒性问题已经收到越来越多的关注。它的活体生物毒性决定了量子点能否成为人类疾病治疗常规探测试剂。Derfus小组[59]的研究表明，CdSe组成的量子点在长时间紫外光照射下对细胞具有高毒性。这是因为紫外光的能量跟共价键的键能非常接近，使得量子点在光照射下发生了光解反应，释放出了高毒性的Cd离子。如果没有紫外光的激发，含有高聚物外壳的量子点在生物环境中是非常稳定的。它对生物体无毒（对细胞分裂和ATP的产生没有影响），Ballou等[42]在对量子点进行了活体研究时证实了带有高聚物外壳的荧光量子点
对生物是无毒性的。但是量子点荧光探针对生物体的细胞毒性和活体中的降解机理尚有待深入研究。对于量子点，生物体的化学和酶降解是不大可能发生的，但是带有高聚物外壳的量子点可能可以通过生物体的慢过滤和排泄作用排出体外。量子点在体内的代谢机理在进行人体应用以前是一定要搞清楚的。
总结
量子点已经被作为一类新型分子成像试剂用于生物成像。通过量子点外层的高聚物包裹层的合理设计，它已经成为一类多功能的纳米发光材料，通过将荧光量子点和顺磁或逆磁的物质结合，它成为了一类多用途多维成像探针。近来，科学家们实现了将它与氧化铁和FePt纳米微粒以及顺磁性的钆鳌合物相结合的应用[60, 61]。利用磁共振成像中的深度成像和紫外光学成像联用，外科医生能够可视化地识别出微小肿瘤和损伤组织，并准确地将它们切除。磁共振成像和正电子发射光谱能够识别疾病部位，但是它们没法为外科医生提供直接的可视化向导；而具有磁活性和光活性的量子点正好解决了此问题。另一个量子点的应用是将它们与某种药物相连，从而跟踪药物在体内的代谢过程，而且病变组织也可以通过实时成像技术被监测。令人惊讶的是，量子点它本身还具有光动力学治疗试剂的活性[62]。上面所提到的只是量子点应用前景的一部分。实际的量子点在生物医学中的应用将会被继续开展，通过各种学科技术的交叉应用，它将会在纳米技术和生物医学治疗中具有远大的应用前景。
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6.
An important paper that reports the use of amphiphilic polymers for
solubilizing QDs and the conjugation of antibodies to the polymer coating.
The results demonstrate high-quality multicolor staining of cancer cells
with bioconjugated QD probes.
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量子点的应用—一种新型的荧光定量检测技术
中国兽医杂志２００７年（第４３卷）第６期６９量子点的应用一一种新型的荧光定量检测技术 徐飞，丁双阳 （中国农业大学动物医学院，北京海淀１０００９４） 中图分类号：￥８５９．８４文献标识码：Ｅ文章编号：０５２９—６００５（２００７）０６—００６９—０２ 半导体量子点，简称量子点（ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ，ＱＤＳ），即材料的尺寸在三维空间进行约束并达到一定的临界尺寸（，－－Ｉ抽象为一个点），因此其表现出许多独特的光、电特性，特别是Ⅱ～ｙｌ族荧光量子点（如ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等），一直以来都是人们研究的热点‘１｜。 传统上，这些材料一般用于电子、物理和材料工程领域，而１９９８年美国加州伯克里大学的Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ小组和印第安纳大学Ｎｉｅ小组几乎同时提出荧光量子点可应用于生物标记这一思想，并同时在（（Ｓｃｉｅｎｃｅ》发表了相应的研究结果，开创了荧光量子点在生物技术中研究应用的先河。随后，生物化学、分子生物学、细胞生物学、蛋白质组学、医学诊断、药物筛选和荧光检测等领域都不同程度的开展了相关的研究，取得了可喜的研究成果，而且荧光量子点在其他领域的新应用也如雨后春笋般涌现。本文重点综述了量子点的特性及其在荧光定量检测应用中的研究进展，并对其在食品安全检测方面的发展前景予以展望。 １与传统有机染料相比，量子点有以下的优势１．１量子点是无机半导体材料，激发谱宽，发射谱窄。可以通过单一波长激发，产生多种可被同时检测的发射颜色，因此可用于多色标记。而传统的有机染料正好与之相反。 １．２量子点的稳定性要远远高于有机染料分子。有资料表明，大约是１００倍。这点足以实现对一些生物过程的长时间跟踪标记。 １．３量子点通过调整粒径的大小得到不同颜色的荧光，使用一种偶联方法就可实现多色标记。而对于有机染料分子是不可能达到的［１］。 ２量子点在荧光检测中的应用 ２．１常规荧光检测法量子点在常规的荧光检测中的应用主要是荧光淬灭法。一些本身不发荧光的被分析物质可以使某种荧光化合物发生荧光淬灭，通过测量荧光化合物荧光强度的下降，可以间接的测定该物质的浓度。目前，我国对这方面的研究比较多，主要针对一些毒离子定量和快速测定。 严拯宇等［２３于２００５年首次报道了应用量子点进行药物分析的研究，建立了一种测定中药饮片中 收稿日期：２００６—０９—１１ 项目来源：国家自然科学基金项目（３０６７１５８５） 作者简介：徐飞（１９８１一），女，硕士生，主要从事兽医药理与毒理实验研究 通讯作者：丁双阳，Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｓｙ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ微量铜残留的方法。ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点表面用牛血清白蛋白修饰后作为荧光探针，而Ｃｕ２＋在ｐＨ ７．４的缓冲液中的能使其发生荧光淬灭，因而间接测定了铜的含量。研究表明，Ｃｕ２＋浓度在０．６～６．０ ｎｇ／ｍｌ范围内有良好的线性关系（ｒ＝０．９９８９），检测限为０．１ｎｇ／ｍｌ，回收率在９３．６％～１０８．０％。而后，赖艳等［３３于２００６年也建立了一种测定微量铜的荧光检测方法并且对人发样品和茶叶样品做了检测。 研究表明，该方法干扰小，特异性强，反应灵敏，线性范围为４１．５～２４８．８ｎｇ／ｍｌ（ｒ＝０．９９２１），检出限为 ８．５ｎｇ／ｍｌ。 随着量子点在生物领域的应用日益广泛，人们也开始尝试着利用其进行生物大分子的测定。２００６年徐靖等［４］应用水相合成的ＣｄＴｅ／ＣｄＳ核壳型量子 点荧光探针成功的测定ＤＮＡ的含量。以巯基丙酸（ＨＳ。ＣＨ：ＣＨ。ＣＯＯＨ）为稳定剂水相合成了核壳型ＣｄＴｅ／ＣｄＳ量子点。基于ＤＮＡ对量子点荧光的淬灭 效应，建立了一种测定ＤＮＡ的荧光分析法，同时详细研究了ｐＨ、量子点浓度、离子强度、温度等条件对量子点荧光及ＤＮＡ测定的影响。研究表明，该方法 测定ｃｔＤＮＡ线性范围为５０．Ｏ～７５０．０ｎｇ／ｍｌ，检出限为２０ｎｇ／ｍｌ，７次重复测定５００ｎｇ／ｍｌｃｔＤＮＡ的相对标准偏差为２．０％。此方法简便快速，适用于合 成样品的测定。 ２．２免疫荧光检测方法美国华盛顿的Ｇｏｌｄｍａｎ研究小组长期以来一直致力于量子点标记抗体进行 免疫荧光检测的研究并取得了卓著的成果。首先，他们使用了一种重组蛋白作为ＱＤｓ和抗体的偶联物，通过静电作用完成对抗体的标记。而后，他们又寻找到了一种更为优秀的偶联物一生物素。生物素和亲和素既可偶联抗体等生物大分子，又可与多种标记物结合；生物素化的抗体还保持着原有的活性；１分子亲和素可与４分子的生物素结合，而结合力是抗原抗体反应的１万倍，从而产生多级放大效应，大大提高检测的灵敏度。２００３年［５］，他们应用此方法成功的检测了葡萄球菌Ｂ型肠毒素的含量，检测限为１０ｎｇ／ｍｌ。２００４年，Ｇｏｌｄｍａｎ等¨］用夹心免疫法同时检测霍乱毒素、蓖麻毒素、志贺样毒素１、葡萄球菌肠毒素Ｂ等４种毒素的混合物。实验表明，这种ＱＤｓ一抗体偶联物，既能同时检测，又可以进行定量分析。 此外，ＭｅｇａｎＡ等［７］也利用亲和素标记的ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点，检测了大肠杆菌ＯⅢ：Ｈ，血清型病原的单个细胞，并把传统的有机染料和ＱＤｓ的作用进行对比，结果发现，ＱＤｓ标记的细胞检测限 万方数据
量子点与生物标记
量子点与生物标记 应化1002班王艳 荧光分析法是生物学研究中十分重要的方法之一,其检测灵敏度很大程度上取决于标记物的发光强度和光化学稳定性。目前使用的大多数荧光试剂如有机荧光染料等存在着光学稳定性较差、激发光谱范围窄、发射光谱较宽、与生物分子的背景荧光难以区分等不可忽视的弱点,导致应用中灵敏度下降。量子点作为一种新型的荧光纳米材料,弥补了有机染料的上述缺点,引起分析化学和生命科学领域的广泛关注。 量子点即半导体纳米粒子，也称半导体纳米晶,是指半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒。它们由n-VI族或n l-V族元素组成，性质稳定，能够接受激发光产生荧光，具有类似体相晶体的规整原子排布。在量子点中，载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。需要指出的是，并非小到100nm以下的材料就是量子点，真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时，才称之为量子点。 量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观材料的物理化学性质 作为荧光探针，量子点的光学特性比在生物荧光标记中常用的传统有机染料有明显的优越性: (l)宽的激发波长范围及窄的发射波长范围，可以使用小于其发射波长的任意波长激发光来激发，并且可以通过改变QDs的物理尺寸对荧光峰位进行调控。这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点，从而发射出不同波长的荧光，进行多元荧光检测。相反多种染料的荧光(多种颜色)往往需要用多种激光加以激发，这样不仅增加了实验费用，而且使分析系统变得更加复杂。此外，由于QDs的这种光学特性，可以在其连续的激发谱中选取更为合适的激发波长，从而使生物样本的自发荧光降到最低点，提高分辨率和灵敏度。 (2) 量子点具有较大的斯托克斯位移(stokes shift)，能够避免发射光谱与激发光谱的重叠，从而允许在低信号强度的情况下进行光谱学检测。生物医学样本通常有很强的自发荧光背景，有机荧光染料由于其Stokes位移小，检测信号通常会被强的组织自发荧光所淹没，而Q Ds的信号则能克服自发荧光背景的影响，从背景中清楚地辨别检测信号。QDs的荧光发射光谱相对狭窄，因此能同时显现不同颜色而无重叠，这样就能在实验中同时进行不同组分的标记。 (3) 量子点的发射峰窄而对称，重叠小，相互干扰较小，在一定程度上克服了光谱重叠所带来的问题。 (4) 量子点的发射波长可通过控制其大小和组成调节，因而有可能任意合成发射所需波长的量子点，大小均匀的量子点谱峰为对称的高斯分布; 此外，量子点hiP、InAs能够发射700~1500nm多种波长的荧光，可以填补普通荧光分子在近红外光谱范围内种类很少的不足。对于一些不利于在紫外和可见区域进行检测的生物材料，可以利用半导体量子点在红外区域染色，进行检测，完全避免紫外光对生物材料的伤害，特别有利于活体生物材料的检测，同时大幅度降低荧光背景对检测信号的干扰。 (5) 量子点的抗光漂白能力强,有高度光化学稳定性,是普通荧光染料的100
生物医学荧光量子点功能材料的应用
生物医学荧光量子点功能材料的应用量子点（quantumdot，QD）又称为半导体纳米微晶体（semiconductornanocrystal）材料，由Ⅱ-Ⅱ族或Ⅱ-Ⅱ族元素组成，粒径为1~100nm，是小于或接近激子玻尔半径的半导体纳米颗粒[1]。荧光量子点功能材料是一种新兴的无机发光纳米材料，因其独特的光学性能、电学和光电性质，克服了细胞在可见光区的自发荧光对标记分子所发信号的掩盖现象，较好地实现对所研究分子的长时间荧光标记观察。因此，荧光量子点功能材料作为一种生物示踪的标志物，受到了越来越广泛的关注与研究，并已成为近期新的国内外研究热点。 1荧光量子点功能材料的基本特点及合成修饰方法 1.1荧光量子点功能材料的基本特点 探索和发展高灵敏度的非同位素检测方法一直是生物医学研究领域十分关注的课题，其中使用有机荧光染料来标记细胞是广泛应用的方法之一。传统的荧光染料有着不可逾越的缺陷：较宽的发射光谱和较窄的激发光谱，在多种成分同时成像时容易造成荧光光谱的重叠，导致了荧光探针数量较少；荧光染料性质不稳定，容易分解和漂白，其产物易对细胞造成破坏[2]。荧光量子点功能材料相比于传统的有机荧光分子，具有分子激发光谱特性好、发射光谱对称、吸收光谱宽而连续、荧光效率高、寿命长、光学化学稳定性、不易被生物活性物质降解等优点[3]。量子点的荧光发射波长可以通过改变荧光量子点的半径以及化学成分而得到，因此其荧光覆盖了从近紫外光到近红外光的光谱范围。量子点标记作为一种高灵敏度的非同位素检测方法，被认
为是有机荧光标记染料的合适替代物。 1.2荧光量子点功能材料的合成及修饰方法 荧光量子点功能材料的合成方法有溶胶法、溶胶凝胶法、微乳液法、电化学沉积法、气相沉积法等[4]，其制备研究早期，普遍使用产量低、粒径分布特性差的气相沉积法或者是水溶液中的共沉淀法。经过不断发展，荧光量子点功能材料的合成从有机金属法过渡到水相合成法，再到目前较为常用的溶胶法。如今，量子点的合成技术在粒径分布、荧光量子的产率及一次合成的数量上都有了明显的突破。荧光量子点材料的发光性质不仅同其合成技术有关，而且还与其表面所修饰的分子的结构性质密切相关。在荧光量子点材料修饰具有特异性识别目标物的生物分子或者其他化合物时，就可以利用荧光量子点的荧光增强、荧光淬灭、氧化还原的性质与待检测的底物联系起来或者发生反应，进而将其用于目标物的分析。如将荧光量子点材料用不同的金属离子来修饰，以构建新型的传感材料。一般情况下，合成的荧光量子点因表面覆盖一层疏水的配体而难以直接应用于以水溶液为微环境的生物医学检测领域，需要对其进行一定的修饰才能使其具有水溶性。目前，已经存在多种修饰荧光量子点的方法，如包覆法、化学交换法、疏水相互结合法等。 2荧光量子点功能材料在生物医学工程中的应用 荧光量子点材料在生物医学、药学、环境检测、食品卫生和公共安全等领域均有广泛的应用。由于其应用领域较为宽泛，因此本研究主要讨论荧光量子点功能材料在生物医学中的应用。按照基于荧光量
量子点的性质、合成及其表面修饰研究
量子点的性质、合成及其表面修饰研究 【摘要】近年来，量子点作为一种重要材料在多个领域成为研究热点，本文分别从量子点的性质、合成及其表面修饰三个方面概括介绍了量子点。明确量子点具有荧光效率高，激发光谱宽，发射光谱窄、稳定性好等优点，是一种新型的纳米材料；通过有机相和无机相可制备不同的量子点，由于无机相制备过程能控制表面电荷，引入特殊官能团，故无机相制备应用更为广泛；通过对量子点的表面修饰，有效的改善量子点水溶性较差，不能与生物大分子直接作用的问题，使得量子点在生物方面的应用进一步加强。 【关键词】量子点；性质；合成；表面修饰 量子点主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒，又称半导体纳米晶体。由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变，其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应，因此成为一类比较特殊的纳米材料。自1990年7月美国召开第一届纳米会议[1]，各国都在纳米技术方面给予巨大的投入，使得包括量子点技术在内的纳米技术飞速发展，其应用已突破原来的微电子和光电材料领域[2-3]。 1 量子点的基本特性 量子点的基本特性有：量子尺寸效应，表面效应，量子限域效应，宏观量子隧道效应，除此之外，量子点具有一些独特的光学效应[4]，这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势： （1）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光激发，并产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。而有机染料荧光分子激光光谱较窄，每一种荧光分子必须用固定波长的光来激发，而且产生的荧光峰较宽，且不对称，有些拖尾，这给区分不同的探针分子带来了困难，故很难用有机染料分子同时检测多种组分。 （2）量子点还可以“调色”，即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，发射光的波长越小。因此可用一个激发光源同时激发多个不同尺寸的量子点，使它们发出不同颜色的光进行多通道检测。这样可以同时使用不同光谱特征的量子点，而发射光谱不出现交叠或者只有很小程度的重叠，使标记生物分子的荧光光谱的区分、识别都会变得更加容易。 （3）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，荧光强度强，具有较高的发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对核心进行保护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。Chan和Nie通过实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子要亮20倍和稳定100～200倍，可以经受多次激发而其光学特性没有显著变化，且标记后对生物大分子的生理活性影响很小，因此为研
量子点作为荧光探针在生物医学领域的研究进展
Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2016, 6(1), 9-13 Published Online February 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/journal/nat https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/10.12677/nat.2016.61002 Advances of Quantum Dots as Fluorescent Probes in Biological and Medical Fields Guolong Song, Xiangdong Kong* Institute of Biomaterials and Marine Biological Resources, College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang Received: Jan. 27th, 2016; accepted: Feb. 13th, 2016; published: Feb. 16th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Quantum dots (QDs), three-dimensional (3-D) nanocrystals, possess a great deal of unique optical performances, such as wide excitation wavelength, narrow and symmetric emission wavelength, high quantum yield, long fluorescence lifespan, stable optical property. QDs can be used as fluo-rescent probes to label different components in biosystem, which contains tissues, cells, molecules and living animals imaging. A review on the advances of QDs as fluorescent probes in Biological and Medical fields is given in the paper. Keywords Quantum Dots, Biological Probes, In Vivo Imaging 量子点作为荧光探针在生物医学领域的 研究进展 宋国龙，孔祥东* 浙江理工大学生命科学学院，生物材料与海洋生物资源研究所，浙江杭州 收稿日期：2016年1月27日；录用日期：2016年2月13日；发布日期：2016年2月16日 *通讯作者。
碳量子点的制备与应用
Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2017, 6(3), 128-136 Published Online August 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/journal/japc https://https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/10.12677/japc.2017.63016 文章引用: 叶明富, 陈丙才, 方超, 吴延红, 陈国昌, 孔祥荣. 碳量子点的制备与应用[J]. 物理化学进展, 2017, 6(3): Synthesis and Applications of Carbon Quantum Dots Mingfu Ye 1*, Bingcai Chen 1, Chao Fang 1, Yanhong Wu 2, Guochang Chen 1, Xiangrong Kong 3 1School of Chemistry and Chemical Engineering, Hexian Development Institute of Chemical Industry, Anhui University of Technology, Maanshan Anhui 2Shandong Huayu University of Technology, Dezhou Shandong 3Beijing Building Materials Sciences Research Academy, Beijing Received: Jul. 10th , 2017; accepted: Jul. 23rd , 2017; published: Jul. 26th , 2017 Abstract Carbon quantum dots (CQDs), a novel class of carbon nanomaterials, have received wide attention due to their strong quantum confinement effect and stable photoluminescence property. This ar- ticle reviews the different synthetic methodologies to achieve good performance of CQDs. At the same time, the applications of CQDs are also reviewed in the article. Keywords Carbon Quantum Dots, Nanomaterials, Preparation Methods, Applications 碳量子点的制备与应用 叶明富1*，陈丙才1，方 超1，吴延红2，陈国昌1，孔祥荣3 1 安徽工业大学和县化工产业发展研究院化学与化工学院，安徽 马鞍山 2山东华宇工学院，山东 德州 3北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 收稿日期：2017年7月10日；录用日期：2017年7月23日；发布日期：2017年7月26日 摘 要 碳量子点(Carbon quantum dots, CQDs)是一种新型的碳纳米材料，因其强的量子限域效应和稳定的荧*通讯作者。
量子点作为荧光离子探针应用的研究进展
Material Sciences 材料科学, 2016, 6(1), 95-101 Published Online January 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/journal/ms https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/10.12677/ms.2016.61012 Advances of Quantum Dots as Fluorescence Ion Probes Guolong Song1, Yizhong Han1,2, Zhengyang Cui1, Xiangdong Kong1,2* 1Institute of Biomaterials and Marine Biological Resources, College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang 2The Key Laboratory of Advanced and Textile Materials and Manufacturing Technology of Ministry of Education, College of Materials and Textile, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang Received: Jan. 7th, 2016; accepted: Jan. 26th, 2016; published: Jan. 29th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Quantum dots (QDs), a sort of quasi zero-dimensional (0-D) nanomaterials, possess numerous ex-cellent optical properties, such as wide excitation, narrow emission, strong intensity, long lifetime, and stable fluorescence etc. Therefore, QDs as fluorescence ion probes show many advantages like high sensitivity, simple instrument, excellent repeatability, and rapid spot detection. This paper reviews the recent advances of QDs as fluorescence ion probes in applications of detecting metal ions, anions, and small molecules etc. Keywords Quantum Dots, Ion Probes, Metal Ions, Anions 量子点作为荧光离子探针应用的研究进展 宋国龙1，韩义忠1,2，崔正阳1，孔祥东1,2* 1浙江理工大学生命科学学院，生物材料与海洋生物资源研究所，浙江杭州 2浙江理工大学材料与纺织学院，教育部先进纺织材料与制备重点实验室，浙江杭州 *通讯作者。
荧光量子点探针及其标记技术_蒋飞荣
文章编号 ：１００４－０３７４（２０１０）０４－０３９１－０５ 收稿日期：2009-10-09；修回日期：2009-12-09基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)(2007AA021809；2007AA021811); 国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(2010CB833605); 湖南省科技厅资助项目(2008FJ3186); 2009年度新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0790)#共同第一作者 *通讯作者：E-mail ：rencaiping@https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,; Tel ：0731-******** 荧光量子点探针及其标记技术 蒋飞荣１，２＃，贾文婷１＃，张兴燊２，任彩萍１＊ （1中南大学肿瘤研究所，长沙 410078；2广西中医学院，南宁 530001） 摘要：量子点作为一种新型荧光标记物，与有机染料和荧光蛋白质相比，它们具有可调谐且宽的吸收 光谱，激发可产生多重荧光颜色、强荧光信号、抗光漂白能力强等独特的光学特性，使其广泛应用在生物和医学领域。该文就量子点探针的表面修饰和功能化及其标记技术的研究进展进行了阐述。关键词：荧光量子点；探针；生物标记中图分类号：Q6-33 文献标识码：A Fluorescent quantum dots probes and their biological labeling JIANG Fei-rong 1, 2#, JIA Wen-ting 1#, ZHANG Xing-shen 2, REN Cai-ping 1* (1 Cancer Research Institute, Central South University, Changsha 410078, China; 2 Guangxi Traditional Chinese Medical University, Nanning 530001, China) Abstract: As emerging promising fluorescent labels, semiconductor quantum dots (QDs) have tremendous potential in the fields of biology and medicine because of their unique optical properties with size-tunable light emission, broad absorption spectra for simultaneous excitation of multiple fluorescence colors, superior signal brightness, resistance against photobleaching, etc. This article briefly discusses the recent progresses on fluorescent QDs probes and their biological labeling including their surface modification and functionalization.Key words: fluorescent quantum dots; probe; biological labeling 荧光半导体量子点(fluorescent semiconductor quantum dots ，QDs)是一种由II-VI 族(如CdSe 和CdTe)或III-V 族(如InP 和InAs)或IV-VI 族(如PbS 和PbSe)元素组成的、直径一般在1~100 nm 、能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒。Bruchez 等[1]通过在QDs 表面包裹SiO 2，再连接上羟基以及Chan 和Nie [2]采用巯基乙酸修饰QDs ，解决了QDs 的水溶性和生物兼容性问题。 QDs 独特的光学特性、表面修饰和生物功能化以及标记技术的优势使得QDs 在生物学、活细胞和体内成像、药物研究和筛选、生物芯片等领域得到了广泛应用。本文就QDs 探针的表面修饰和功能化及其标记技术进行阐述。 １ ＱＤｓ的特征 一种典型的水溶性核壳型QDs 应该包括: (1)一 个半导体核(如CdSe)，其直径决定荧光的波长；(2)一个半导体外壳(如ZnS)，用来提高量子产率；(3)一个亲水层，用来保证其水溶性[3]。与传统的有机荧光标记物相比，QDs 具有以下特点：(1)激发波长范围宽、发射波长范围窄，可以采用同一波长激发光同时激发不同颜色QDs [4]; (2)QDs 的荧光强度高及核壳结构稳定性好，可以经受反复多次激发，荧 DOI:10.13376/j.cbls/2010.04.001
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,
量子点发光材料综述
量子点 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm错误!未找到引用源。。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右错误!未找到引用源。。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构错误!未找到引用源。。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光
光谱发生变化错误!未找到引用源。。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显着错误!未找到引用源。。 表面效应 纳米颗粒的比表面积为A A=A A =4AA2 4 3 AA3 =3 A ，也就是说量子点比表面 积随着颗粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响错误!未找到引用源。。 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又称为宏观量子隧道效应错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。 介电限域效应 上世纪七十年代Keldysh等人首先发现了介电限域效应错误!未找到引用源。。该现象可以表示为在不同介质中，因两种不同材料接触界面引起的介电作用变强的现象。与未被介质包裹的量子点相比，被介质包裹的量子点屏蔽效应变弱，带电粒子间库伦作用变大，增加了激子的振子强度和结合
量子点在荧光分析中的应用
量子点在荧光分析中的应用 量子点(Quantum Dots，QDs),即半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒，也称为半导体纳米颗粒。它的直径只有1~10nm，因此存在特殊的物理性质，如量子尺寸效应、表面效应等，表现出优良的纳米效应。它的激发光谱宽且连续分布、发射光谱窄而对称、发射光稳定性强，不易发生光漂白，通过改变粒子的尺寸和组成可获得从UV到近红外范围内的任意点的光谱，因此相对传统有机荧光试剂具有无可比拟的优越性。由于量子点具有上述独特的性质，自20世纪70年代末，它就在物理学、材料科学、化学及电子工程学等方面引起广泛的关注。近年来，随着制备技术的不断成熟与荧光量子产率的不断提高，有关量子点在荧光分析中的应用研究取得了重要进展。 1. 量子点的尺寸及其结构 量子点是一种零维的纳米材料。所谓零维的纳米材料是指当半导体材料从体相逐渐减小至一定临界尺寸(典型直径尺寸为1~10nm，可以抽象成一个点)以后，材料的特征尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长或电子平均自由程相比拟或更小，电子在材料中的运动受到了三维限制，也就是说电子的能量在三个维度上都是量子化的，结构和性能也随之发生从宏观到微观的转变，称这种电子在三个维度上都受限制的材料为零维的纳米材料，即量子点。它主要是由II-IV族元素(如CdSe，CdTe，CdS，ZnSe等)和III-V族元素(如InP，InAs等)组成的纳米晶体。 量子点的结构一般包括核（core）、壳（shell）两个部分。核，一般使用CdSe、CdTe或者InAs等作为材料，其尺寸的大小及其晶格生长情况主要决定了其光学性质（包括发射波长和荧光量子产率）。壳是具有不同禁带宽度(通常是更宽禁带宽度)的其它材料，或者也可是真空介质。合适厚度的壳结构可以进一步提高量子点的荧光量子产率，而且外层的壳可以将核与外界隔绝而保护核，同时还可以为进一步的表面化学修饰提供良好的基底条件（如图1所示）。一般金属化合物/有机相合成得到的量子点表面会覆盖一层油相的TOPO表面活性剂分子，在生物应用之前，需要使用亲水性分子取代TOPO或使用两亲性分子在TOPO外包裹，使量子点具有水溶性。
一种基于量子点荧光微球的高灵敏度免疫层析技术初步研究
学校代码：10270 学号：072200928 硕士学位论文 论文题目一种基于量子点荧光微球的高灵敏度 免疫层析技术初步研究 学院生命与环境科学学院 专业生物化学与分子生物学 研究方向纳米检测技术 研究生姓名白亚龙 指导教师魏新林王元凤 完成日期 2010年4月
论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：日期： 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：导师签名：日期：
上海师范大学硕士学位论文摘要 摘要 量子点具有宽的吸收峰，窄而对称的发射峰，且发射峰（即发光颜色）随尺寸可调，以及较高的荧光强度、较强的抗光漂白能力等特点，与传统有机染料相比具有更优越的性能，是一种极具潜力的荧光探针制备物。近年来在生物与医学免疫检测方面得到飞速的发展，同时，在食品安全检测方面也不断渗透漫延。因其具有优越的光学性能，有望突破胶体金免疫层析检测，制备出更为灵敏的量子点免疫层析快速检测试纸条。 本项工作围绕量子点的免疫检测体系，主要开展以下方面的研究： 1. 制备MPA稳定的水溶性CdTe量子点，探讨了最佳的合成条件，随着回流时间的延长，得到一系列由绿色过渡到红色的CdTe量子点，并对不同时间取得的样品进行了紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、TEM等表征。对其纯化和稳定性能也做了相应的探讨，发现透析不适合量子点纯化，体系pH8-10有利于量子点的稳定。 2. 以红色CdTe量子点作为代表，小鼠IgG作为模式抗体，用免疫层析法探讨了量子点与抗体的最佳偶联方式，先后对比了直接偶联、EDC与NHS单独最为偶联剂、EDC 与NHS混合作为偶联剂这三种方法制备量子点探针，免疫层析结果显示EDC与NHS 混合作为偶联剂（质量比3：4）制备得到的探针具有优越的性能。直接偶联与以NHS 作为偶联剂制备的探针性能较差，不适合实际应用。 3. 为了得到更高荧光强度的荧光粒子，从两个方面入手提高量子点荧光强度：第一，制备核壳型量子点以期提高量子点荧光强度；第二，制备CdTe@SiO2纳米粒子以期提高单个纳米粒子的荧光强度。通过实验结果来看，水相制备的核壳型纳米粒子荧光强度并未得到改善，反而降低。反相微乳液制备的CdTe@SiO2纳米粒子因为实验试剂等影响，荧光强度大幅度下降，更不适合于检测分析用。 4. 制备高强度的SiO2/CdTe纳米粒子，用反相微乳液或史道伯法合成50-500 nm的二氧化硅纳米粒子，用硅烷偶联剂APTES使其氨基化，然后用偶联剂EDC与NHS将其与CdTe量子点偶联，制备得到高强度的荧光微球。 5. 经过一系列优化实验，以小鼠IgG与羊抗小鼠互为抗原抗体组装荧光微球免疫层析体系，经过与胶体金免疫层析对比，初步判断灵敏度比胶体金免疫层析体系高4-20倍。 关键词：CdTe量子点；偶联；抗体；探针；二氧化硅；免疫层析
氨基酸对CdTe量子点荧光性质的影响
氨基酸对CdTe 量子点荧光性质的影响 文立群1,2 吕鉴泉1,* 吕汉清1 周兴旺1 孙婷荃1 (1湖北师范学院生化分析技术湖北省重点实验室,湖北黄石 435002; 2 华中师范大学化学学院,武汉 430079) 摘要:以巯基乙酸为稳定剂,制备了水溶性碲化镉(CdTe)量子点(QDs),分别考察了pH 值和几种氨基酸对CdTe ?QDs 紫外吸收和荧光的影响.结果表明,在不同pH 值下,丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸对CdTe ?QDs 的荧光有不同的影响,丙氨酸、 丝氨酸使CdTe ?QDs 荧光发生猝灭现象,而半胱氨酸在碱性范围内则使CdTe ?QDs 的荧光明显增强,说明氨基酸对量子点存在不同的作用机制.关键词: CdTe 量子点; 氨基酸; 荧光 中图分类号: O644 Effect of Amino Acid on the Fluorescence of CdTe Quantum Dots WEN Li ?Qun 1,2 L üJian ?Quan 1,*L üHan ?Qing 1ZHOU Xing ?Wang 1SUN Ting ?Quan 1 (1Hubei Key Laboratory of Bioanalytical Technique,Hubei Normal University,Huangshi 435002,Hubei Province,P.R.China;2 College of Chemistry,Central China Normal University,Wuhan 430079,P.R.China ) Abstract:Water ?soluble CdTe quantum dots (GdTe ?Qs)were prepared using mercaptocarboxylic acid as stabilizer, and effects of pH and amino acids on fluorescence of CdTe ?QDs were investigated.The results revealed that the fluorescence of the CdTe ?QDs varied with the change of pH,and the alanine and serine could quench the fluorescence while cysteine enhanced the fluorescence.Key Words: CdTe quantum dots; Amino acid; Fluorescence [Note] https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html, 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao ) Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2008,24(4)：725-728 Received:October 17,2007;Revised:December 10,2007;Published on Web:January 21,2008. ? Corresponding author.Email:jianquanlu@https://www.wendangku.net/doc/c813452374.html,;Fax:+86714?6531032. 国家教育部重点项目(206096)和湖北省教育厅重大科研项目(Z200522002)资助 ?Editorial office of Acta Physico ?Chimica Sinica 量子点(quantum dots,QDs)是一类由II ?VI 族或III ?V 族元素所组成,能够接受激发光产生荧光的纳米颗粒[1].与传统的有机荧光染料或镧系配合物相比,量子点具有以下优点[2]:单个波长可激发所有的量子点,发射波长可通过控制它的尺寸大小和组成来“调谐”,大小均匀量子点的谱峰呈对称高斯分 布,量子点的荧光强度高、稳定性好、光谱线宽窄适当,可持续发光,不易发生光漂白现象.正是由于量 子点具有独特的光学性能,量子点在物理、化学、生物等领域有着巨大的应用前景,引起了科学家们的广泛关注[3,4],并探讨各种具有生物亲和作用的水溶性量子点[5,6]. 最近,各国科学家们在量子点的表面修饰方面 开展了卓有成效的工作,并取得了令人瞩目的成果.如,含巯基[7-12]或氨基[13]化合物、聚苯乙烯[14]、杯芳烃[15]等用来改善CdTe ?QDs 的性能.随着量子点合成与修饰方法的深入研究,量子点作为荧光探针引入到生物和医学领域,对细胞膜蛋白[16,17]、热休克糖蛋白[18]、血红蛋白[19]、天花粉蛋白[20]和胃癌细胞相关抗原[21]等蛋白质的标记.然而,各种量子点标记蛋白质的机制尚不太清晰. 本文针对量子点标记蛋白质中存在的机制不明了的问题,以巯基乙酸为稳定剂合成水溶性的CdTe ?QDs,并探讨各种氨基酸对其荧光的影响,以期总结出它们间的作用规律. April 725