量子點(diǎn)的制備及在生物標(biāo)記中的應(yīng)用.pdf

1、對(duì)生物體內(nèi)及生命過(guò)程中蛋白質(zhì)、核酸、多肽等重要生物分子的高靈敏分析檢測(cè)，是生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要難題。探索和發(fā)展高靈敏度、高選擇性的分析檢測(cè)方法一直是這一領(lǐng)域研究者的努力方向。熒光分析法是生物學(xué)研究中十分重要的方法之一，其檢測(cè)靈敏度很大程度上取決于標(biāo)記物的發(fā)光強(qiáng)度和光化學(xué)穩(wěn)定性。目前使用的大多數(shù)熒光試劑如有機(jī)熒光染料等存在著光學(xué)穩(wěn)定性較差、激發(fā)光譜范圍窄、發(fā)射光譜較寬、與生物分子的背景熒光難以區(qū)分等不可忽視的弱點(diǎn)，導(dǎo)致應(yīng)用中靈敏度下降。

2、量子點(diǎn)作為一種新型的熒光納米材料，彌補(bǔ)了有機(jī)染料的上述缺點(diǎn)，引起分析化學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。早期的量子點(diǎn)是在有機(jī)體系中制備的，即用金屬有機(jī)化合物在具有配位性質(zhì)的有機(jī)溶劑環(huán)境中生長(zhǎng)納米顆粒。這種方法制備條件比較苛刻、操作復(fù)雜，且制得的量子點(diǎn)水溶性不佳，欲獲得較理想水溶性，需進(jìn)行復(fù)雜的修飾改性，因而水溶性量子點(diǎn)的制備成為人們研究的熱點(diǎn)。但目前報(bào)道的水相中合成量子點(diǎn)的一般量子產(chǎn)率較低(10％～30％)，熒光發(fā)射峰半峰寬較寬。基于上述研究

3、現(xiàn)狀，本項(xiàng)研究選用谷胱甘肽作為穩(wěn)定劑在水相中制備高質(zhì)量的量子點(diǎn)，并考察它們?cè)谏锎蠓肿訕?biāo)記以及細(xì)胞的免疫成像等領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　　 首先采用水相合成法，以谷胱甘肽(L-glutathione，GSH)作為穩(wěn)定劑，氯化鎘、和碲粉等簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)試劑作為合成原料，合成水溶性CdTe量子點(diǎn)。利用CdTe量子點(diǎn)表面的羧基和氨基基團(tuán)與生物分子（如蛋白質(zhì)和抗體）中氨基和羧基基團(tuán)之間的相互作用，直接與生物分子鏈接并對(duì)細(xì)胞進(jìn)行熒光標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)中CdT

4、e量子點(diǎn)與牛血清白蛋白成功地鏈接后，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度明顯提高。并在BSA的濃度為2.0-10mg/L時(shí)，溶液的熒光強(qiáng)度與BSA濃度形成良好的線性關(guān)系，可以用來(lái)進(jìn)行蛋白的初步定量測(cè)定。同時(shí)，CdTe量子點(diǎn)能與大鼠抗小鼠CD4抗體連接，制備水溶性CdTe-CD4復(fù)合物探針，對(duì)鼠的淋巴細(xì)胞和脾臟標(biāo)記成像。結(jié)果表明，CdTe量子點(diǎn)與傳統(tǒng)的異硫氰酸熒光素(FITC)相比，具有更強(qiáng)的熒光強(qiáng)度和光穩(wěn)定性。
　　 其次，將CdTe量子點(diǎn)作為生物熒

5、光探針引入前列腺癌研究中。采用直接和間接標(biāo)記兩種方法檢測(cè)前列腺癌細(xì)胞的特異性抗原(prostate specific antigen，PSA)，比較兩種方法對(duì)細(xì)胞的免疫標(biāo)記效果。結(jié)果表明，直接標(biāo)記方法操作步驟雖然簡(jiǎn)單，但是量子點(diǎn)在細(xì)胞表面有明顯的非特異性吸附現(xiàn)象：而間接標(biāo)記方法利用一抗和二抗之間的結(jié)合降低了非特異性吸附，量子點(diǎn)探針在細(xì)胞表面呈現(xiàn)出明顯的熒光信號(hào)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)活的前列腺癌細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，考察了CdTc量子點(diǎn)的生物毒性。

6、>　　 第三，選用谷胱甘肽(GSH)作為穩(wěn)定劑，首次在水溶液中合成了穩(wěn)定的CdSe/CdS核/殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)。采用CdS無(wú)機(jī)包覆層對(duì)CdSe量子點(diǎn)表面進(jìn)行修飾，有效地限制對(duì)核的激發(fā)，消除非輻射馳豫途徑和防止光化學(xué)褪色，提高了量子點(diǎn)的穩(wěn)定性和熒光產(chǎn)率。經(jīng)光學(xué)性能表征，制備的CdSe/CdS核/殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)具有熒光產(chǎn)率較高、半峰寬窄、峰形對(duì)稱等優(yōu)良的光譜性能；結(jié)構(gòu)性能表征表明合成的量子點(diǎn)尺寸分布均勻，為近似球形顆粒。同時(shí)，將CdSe/Cd

7、S量子點(diǎn)和鼠抗人CD3抗體連接，制備水溶性CdSe/CdS-CD3復(fù)合物探針，對(duì)人血淋巴細(xì)胞標(biāo)記成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CdSe/CdS量子點(diǎn)與傳統(tǒng)的FITC相比，具有更強(qiáng)的熒光強(qiáng)度和光穩(wěn)定性。
　　 最后，初步研究了量子點(diǎn)與碳納米管復(fù)合物的制備。由于這種納米復(fù)合物具有獨(dú)特的物理和化學(xué)的性質(zhì)，預(yù)期在納米電學(xué)、催化反應(yīng)、生物感應(yīng)器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，尤其在醫(yī)學(xué)和藥學(xué)上的應(yīng)用成為眾多國(guó)際研究者最為關(guān)注的熱點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中碳納米管經(jīng)氧化處理后

8、，在端口處會(huì)形成羧基，利用羧基與谷胱甘肽包被的CdTe量子點(diǎn)上氨基之間的作用，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)與單壁碳納米管的鏈接。經(jīng)熒光光譜表征，鏈接碳納米管后的量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度減弱。
　　 總之，本研究工作以谷胱甘肽作為穩(wěn)定劑，合成了兩種高質(zhì)量的水溶性量子點(diǎn)。利用量子點(diǎn)表面的羧基和氨基基團(tuán)與生物分子抗體中氨基和羧基基團(tuán)之間的相互作用，直接與生物分子鏈接制備了三種免疫探針，成功地用于淋巴細(xì)胞及脾組織、前列腺癌細(xì)胞和人血淋巴細(xì)胞的熒光標(biāo)記及成像。實(shí)驗(yàn)