由于传统的用于标记或衍生的荧光试剂主要有荧光素类、罗丹明类及邻苯二甲醛类有机化合物,虽然荧光强度高,但激发光谱窄,发射光谱宽且拖尾,易发生光漂白,极大地限制了它在生物医学领域中的应用。半导体量子点(QDs)作为新型荧光标记物用于生物医学领域的研究始于20 世纪70 年代末。是一种主要由ⅡB-ⅥA(如CdSe、CdTe、ZnSe等),ⅢA-ⅤA(如InAs、InP等)组成的,粒径在1~10nm,能够光致发光的半导体纳米晶。由于粒径的大小影响其带隙能(band gap)的高低,从而决定了电子从导带(conduction band)跃迁至价带(valence band)的发射波长。

因此,可通过控制QDs的粒径,来调谐其光谱性质。如改变合成CdSe QDs的工艺,当粒径从3.5nm变化到1nm时,其荧光发射波长可从650nm蓝移到450nm。相比于传统的有机荧光试剂,由于QDs具有激发光谱宽而连续、发射光谱窄而对称、发光效率高、光化学稳定性好、不易发生光漂白、发射光颜色与粒径大小关联等优点,被广泛应用于蛋白质及DNA检测、细胞标记成像、活细胞生命动态过程示踪、活体动物体内肿瘤细胞靶向示踪等生物医学领域。

半导体量子点通过耦联方式与生物分子结合

目前,QDs的制备主要分为金属有机合成和水相合成两类方法。QDs用于荧光标记主要利用耦联的方式与生物分子结合,耦联的方法主要有两种:一种是静电吸附方法,带电荷的量子点可以与带相反电荷的生物分子通过静电相互作用吸附耦联;另一种是共价结合法,即通过化学反应将量子点表面进行羧基、氨基或环氧基等官能团化的修饰改性,使之能与生物分子中的氨基或羧基结合实现耦联。QDs可以与特定抗体或小分子结合后,在不改变其化学特性的情况下,当受到光激发后发出特定波长的荧光,这样QDs通过抗体和小分子结合实现了对细胞的不同细胞器或骨架系统的标记。

半导体量子点在内分泌领域有良好应用前景

QDs在内分泌领域内应用有快速血糖检测研究以及制备蛋白质和生物分子荧光探针,其中血糖浓度传感器使用多层结构的QDs和葡萄糖氧化酶(GOD)来检测未经过预处理的血清中葡萄糖的浓度。当复合层遇到血糖时,由于酶催化的产物使得QDs层出现表面缺陷而被仪器探测到,结果表明该传感器具有令人满意的可重复性和准确性。Sun等采用量子点荧光作为标记物,建立了灵敏度和特异性高的检测17β-雌二醇的免疫荧光法。生物素标记抗兔IgG复合物及联结量子点荧光的链霉亲和素(QD-SA)作为探针。链霉亲和素-生物素系统作为信号应用系统。检测限达到0.00542ng/ml,检测范围为0.01~10 000ng/ml,回收率86%~113%。

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