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量子科技在生物医学研究中的创新应用案例近年来，随着科技的不断进步，量子科技作为一种前沿技术，正逐渐在生物医学研究领域展现出巨大的创新潜力。
量子科技具有超高灵敏度、精确控制、超强计算能力等特点，为生物医学研究提供了全新的技术手段，从而推动了相关领域的发展。
以下将介绍量子科技在生物医学研究中的创新应用案例。
首先，量子科技在生物医学成像领域的应用引起了广泛关注。
传统成像技术在分辨率、灵敏度等方面存在局限性，而量子科技的应用能够克服这些问题。
例如，量子点成像技术利用量子点的独特发光性质，在细胞和分子水平上实现了高分辨率的生物医学成像。
此外，量子磁共振成像技术通过结合量子特性和核磁共振成像原理，提高了成像的空间分辨率和灵敏度，为医学影像诊断提供了更精准的信息。
其次，量子科技在药物研发与传递方面也展示出了潜力。
量子纳米技术可以用于制备具有特殊性质的纳米药物，如通过包裹量子点实现药物的精确传递和释放。
这种纳米药物的制备和应用可以提高药物传递效率，减少药物剂量，降低副作用，并实现对药物释放的精确控制。
此外，利用量子计算的优势，研究人员可以通过计算机模拟进行药物分子的设计与筛选，以提高药物研发的效率和成功率。
此外，量子科技在基因测序与基因编辑方面的应用也具有重要意义。
量子计算机的高计算能力可以用于处理大规模基因组数据，提高基因测序的速度和准确性。
另外，通过利用量子隐形传态理论，科学家们还实现了基因的安全通信和量子密码学的应用，为基因信息的保护和安全提供了新的解决方案。
此外，量子计算还可以在基因编辑中实现精确的基因改造，为研究人员提供更多的工具和方法来探索基因与疾病之间的关系。
最后，量子科技在生物医学检测与诊断方面的应用也显示出了潜力。
传统的生物医学检测技术常常受到灵敏度和特异性的限制，而量子科技可以借助其高灵敏度和选择性，实现早期疾病的非侵入式检测。
例如，利用量子点技术可以开发出高灵敏的荧光探针，用于检测肿瘤标志物和细胞信号传导通路。
生物医学领域的量子点
生物医学领域的量子点是一种新型的纳米材料，具有优异的荧光性能和生物相容性。
量子点的大小通常在1~10纳米之间，具有较大的比表面积和光谱范围，可在生物医学成像、药物递送、光治疗等领域发挥重要作用。
由于其荧光强度高、稳定性好、光谱宽、发光寿命长等特点，已逐渐成为生物医学领域的新宠。
量子点可以通过化学合成、生物合成等方法制备，同时也可以通过修饰表面来实现其在生物医学领域的应用。
例如，通过修饰表面上的生物分子，如蛋白质、抗体等，可实现对癌细胞等特定生物体的靶向成像和治疗。
此外，量子点还可以与药物分子结合，实现药物递送和释放的控制。
生物医学领域的量子点在癌症治疗、免疫学、神经科学等方面具有广阔的应用前景。
在未来的研究中，我们可以进一步探索量子点的应用领域，并提高其稳定性、光量子产率等方面的性能，以更好地应对生物医学领域中的挑战。
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量子点荧光探针的应用量子点荧光探针是一种新型的生物医学探测技术，具有高灵敏度、高分辨率、抗荧光淬灭等优点。
它的应用范围非常广泛，包括生物标记、病毒感染、癌症诊断、分子成像等领域，下面我将从这些方面为大家详细介绍。
生物标记生物标记是一项广泛应用于生物领域的技术，可以用于分析细胞、研究蛋白质、药物研发等方面。
而传统的生物标记技术，例如荧光蛋白、染料等存在很多缺点，例如稳定性差，光谱重叠等。
而量子点荧光探针是一种新型的生物标记技术，具有高荧光强度、窄的发射光谱、高稳定性、长寿命等优点，可以用于各种生物标记，例如细胞、蛋白质、DNA等。
病毒感染病毒感染是一种常见的疾病，包括艾滋病、流感、肝炎、乙肝、水痘等。
而传统的病毒检测技术，往往需要繁琐的实验步骤，例如PCR扩增、酶联免疫吸附试验等。
而利用量子点荧光探针，可以快速、准确地检测病毒，例如利用转化腺病毒病毒包装系统，将量子点荧光探针包装在病毒颗粒中，然后用于病毒感染的检测。
癌症诊断癌症是一种常见的疾病，而快速、准确地诊断癌症非常重要。
而利用量子点荧光探针可以实现对肿瘤的检测、诊断、治疗等，例如利用抗原抗体结合原理，制备出针对癌细胞的量子点荧光探针，可以实现对肿瘤的精确诊断和治疗。
同时，量子点荧光探针还可以用于癌症细胞的成像，帮助医生更好地了解癌症发展过程，进而进行科学的治疗。
分子成像分子成像是一种分子水平的成像技术，可以用于研究生命科学、材料科学、化学等领域。
而利用量子点荧光探针，可以实现分子成像的高度精确，例如用于细胞成像、组织成像、小鼠成像等方面。
同时，量子点荧光探针还可以用于动态监控生物分子的活动、变化，帮助科学家更好地了解生命科学领域的研究。
总结量子点荧光探针是一种新型的生物医学探测技术，具有高灵敏度、高分辨率、抗荧光淬灭等优点。
它的应用范围非常广泛，包括生物标记、病毒感染、癌症诊断、分子成像等领域。
未来，量子点荧光探针还有很大的发展空间，将在生物医学领域起到越来越重要的作用。
量子科技在生物医药领域的使用方法随着科技的快速发展，量子科技作为一项前沿技术，正逐渐在各个领域展示出巨大的潜力。
在生物医药领域，量子科技的应用也引起了广泛的关注和兴趣。
它为医学研究、疾病治疗和生命科学的发展带来了全新的可能性。
本文将探讨量子科技在生物医药领域的一些常见使用方法和应用案例。
1. 量子传感技术量子传感技术是将量子物理学中的原理应用于传感器技术的领域。
利用了量子叠加态、量子纠缠等特性，量子传感技术具有高灵敏度、高精度、高稳定性等优势。
在生物医药领域，量子传感技术可以用于检测生物标志物、蛋白质、DNA等生物分子的存在和变化。
通过提供更精确的测量结果，量子传感技术有助于疾病早期诊断、药物研发和基因组学研究等方面。
2. 量子计算在药物研发中的应用量子计算是利用量子比特的并行运算和量子纠缠的特性，实现比传统计算机更高效的计算。
在药物研发中，量子计算可以用来模拟和优化化学反应、药物分子结构和性质的预测，并发现和设计新的药物分子。
量子计算在药物研发中的应用可以大大加快药物发现的速度和效率，提高成功率，并为个性化药物设计提供可能。
3. 量子成像技术在医学影像中的应用量子成像技术是一种利用量子粒子的特性进行成像的技术。
在医学影像学中，传统的成像方法如X射线、CT扫描和MRI存在某些局限性。
量子成像技术可以提供更高的分辨率、更低的辐射剂量和更丰富的功能信息。
通过量子成像技术，医生可以更准确地诊断和定位疾病，实现更精准和个性化的治疗方案。
4. 量子隐形标记技术在药物追踪中的应用量子隐形标记技术是利用量子纠缠和量子态的特性来标记和追踪物质的方法。
在药物追踪中，量子隐形标记技术可以用来标记药物分子，从而追踪药物在体内的分布和代谢情况。
通过这种方法，医生可以更好地了解药物在体内的效果和副作用，为合理用药提供依据，并优化治疗方案。
5. 量子纳米医药材料的制备和应用量子纳米医药材料是指利用量子技术和纳米技术制备的具有特殊性质和功能的医药材料。
量子点在生物成像中的应用研究在现代生物医学领域，对细胞和生物分子的可视化和监测是理解生命过程、诊断疾病以及开发新疗法的关键。
随着科学技术的不断进步，量子点作为一种新型的纳米材料，因其独特的光学特性，在生物成像领域展现出了巨大的应用潜力。
量子点，顾名思义，是一种尺寸在纳米级别的半导体晶体。
它们通常由少量的原子组成，其尺寸和组成决定了它们的光学和电学性质。
与传统的有机荧光染料相比，量子点具有许多显著的优势。
首先，量子点具有非常窄且对称的发射光谱。
这意味着它们能够发出颜色纯度极高的光，使得在生物成像中可以更清晰地区分不同标记的目标。
例如，当我们需要同时观察多种生物分子时，使用不同尺寸的量子点可以获得不同颜色的荧光信号，且这些信号之间几乎没有重叠，大大提高了成像的分辨率和准确性。
其次，量子点的光稳定性极高。
在长时间的光照下，传统的荧光染料往往会发生光漂白现象，导致荧光强度迅速减弱甚至消失。
而量子点则能够承受长时间的连续激发，保持稳定的荧光输出，这对于需要长时间观察生物过程的实验来说至关重要。
此外，量子点的激发光谱范围很宽。
这意味着它们可以被多种波长的光激发，从而为实验提供了更多的选择和灵活性。
而且，通过调整量子点的尺寸和组成，可以精确地控制其发射光谱的波长，从可见光到近红外区域都能够实现。
基于以上这些优异的特性，量子点在生物成像中有着广泛的应用。
在细胞成像方面，量子点可以被特异性地标记到细胞表面的受体、细胞器或者细胞内的蛋白质上。
通过荧光显微镜观察，我们能够实时追踪细胞的运动、分裂和凋亡等过程。
例如，研究人员使用量子点标记了癌细胞表面的特定受体，成功地观察到了癌细胞与药物的相互作用以及药物在细胞内的分布情况，为癌症治疗的研究提供了重要的依据。
在生物分子检测方面，量子点可以与抗体、核酸等生物分子结合，形成具有特异性识别能力的探针。
这些探针能够高灵敏度地检测到目标生物分子的存在和浓度变化。
比如，利用量子点标记的核酸探针，可以快速准确地检测出病毒的基因序列，为疾病的早期诊断提供了有力的工具。
量子点在生物医学中的应用
量子点在生物医学中有多种应用。
1. 生物标记物：量子点可以用作生物标记物，用于追踪和研究生物体内的分子和细胞。
由于量子点具有独特的光学性质，如宽发射光谱和高光稳定性，它们可以用于长时间跟踪生物分子和细胞，如蛋白质、DNA、RNA和细胞器。
2. 癌症诊断和治疗：量子点可以用于肿瘤的早期诊断和治疗。
通过将量子点与肿瘤相关的抗体结合，可以在体内定位和可视化肿瘤细胞，从而提供更准确的诊断。
此外，量子点还可以用作药物传递载体，将药物定向送达到肿瘤细胞，并在药物释放过程中实时跟踪疗效。
3. 光动力疗法：量子点可以被用作光动力疗法的光敏剂。
光动力疗法是一种将光能转化为化学或热能，以杀死病变细胞的治疗方法。
量子点可以作为高效的光敏剂，吸收外部激光光源并产生高能量的活性氧物质，破坏癌细胞的结构或激活细胞凋亡机制。
4. 生物成像：由于量子点的荧光属性，它们可以广泛应用于生物成像中。
量子点可以被用于体内、体外的活细胞以及细胞外成像。
通过选择合适的表面修饰和生物标记，可以使量子点有选择性的与特定的细胞或组织结合，从而实现高分辨率的活体成像。
综上所述，量子点在生物医学中的应用潜力巨大，为生物医学
研究和治疗提供了一种新的工具和方法。
由于量子点具有可调控的荧光性质以及与生物分子和细胞的高度兼容性，其在生物医学领域的应用将进一步拓展和发展。
纳米量子点在生物医学领域中的应用纳米量子点，在化学和物理学中被称为“合成发光小颗粒”，是一类直径小于10纳米的纳米级材料。
它们具有亮度高、稳定性好、多波长荧光和长时间荧光等特性。
这些特性使纳米量子点在生物医学领域中得到广泛应用，包括成像、分析、治疗和检测等领域。
1. 生物成像一种常见的将纳米量子点用于生物成像的方法是将其与生物分子结合，如抗体或寡核苷酸。
这样，纳米量子点就能够与特定的细胞或分子相互作用，并通过荧光成像对其进行定位和观察。
例如，研究人员可以将荧光标记的纳米量子点注射到小鼠体内，以研究生物组织的吸收和分布情况。
此外，纳米量子点还可以通过模拟真实生物环境的方式提高成像质量。
例如，一些研究人员使用与细胞相似的膜包裹纳米量子点，以模拟纳米量子点在细胞膜表面的情况，从而更好地理解细胞内的免疫反应和靶向治疗。
2. 分析在生物医学领域中，纳米量子点的另一个主要应用是进行荧光检测。
荧光检测可以用于检测和分析生物分子，如蛋白质、DNA 和RNA。
与传统的荧光染料相比，纳米量子点具有更大的亮度、更长的寿命和更高的荧光量子产率，因此可以提高检测的灵敏度和准确性。
利用纳米量子点进行分析还有许多其他应用。
例如，在组织学中，纳米量子点可以被用来对组织样本进行多光子激发荧光扫描显微镜成像，从而获得更清晰、更准确的图像。
在药物研究中，纳米量子点也可以被用来评估药物的溶解行为、细胞渗透性和药物疏水性，从而更好地指导药物设计和开发。
3. 治疗除了用于成像和分析，纳米量子点也可以被用于治疗。
例如，在癌症治疗中，研究人员可以将纳米量子点与抗癌药物结合，以提高药物的生物利用度和靶向性。
此外，纳米量子点还可以被用于控制释放药物和调节治疗过程中的时间和剂量。
在其他治疗领域，纳米量子点也有着广泛的应用。
例如，在心血管治疗中，纳米量子点可以被用来进行靶向介入治疗，如选择性的血管瘤治疗和动脉粥样硬化的检测。
在骨科治疗中，纳米量子点也被用来刺激骨生长和修复。
荧光碳量子点在生物医学研究中的前沿进展荧光碳量子点是一种新型的纳米材料，具有优异的光学性质和生物相容性。
近年来，随着科学技术的不断发展，荧光碳量子点在生物医学领域的应用也越来越广泛。
本文将从理论和实验两个方面，介绍荧光碳量子点在生物医学研究中的前沿进展。
一、荧光碳量子点的制备方法及其性质1.1 荧光碳量子点的制备方法荧光碳量子点的制备方法主要有化学合成法、物理气相沉积法和生物合成法等。
其中，化学合成法是最常用的方法之一。
这种方法通过合成特定的化合物来制备荧光碳量子点。
例如，通过将苯胺和吡啶酮在氧化铝存在的条件下反应，可以得到稳定的荧光碳量子点。
1.2 荧光碳量子点的特点荧光碳量子点具有以下特点：(1)高荧光效率；(2)良好的光稳定性；(3)窄的吸收光谱；(4)可调谐的发射光谱；(5)良好的生物相容性等。
这些特点使得荧光碳量子点在生物医学研究领域具有广泛的应用前景。
二、荧光碳量子点在生物医学研究中的应用2.1 荧光碳量子点在肿瘤诊断中的应用由于荧光碳量子点具有对肿瘤细胞的高亲和力和选择性吸附能力，因此可以作为一种有效的肿瘤诊断标志物。
例如，研究表明，将荧光碳量子点负载到磁性纳米粒子上，可以实现对肝癌等肿瘤的高效检测。
荧光碳量子点还可以作为靶向药物载体，用于治疗肿瘤。
2.2 荧光碳量子点在药物传递系统中的应用荧光碳量子点具有良好的生物相容性和稳定性，因此可以作为药物传递系统的核心组成部分。
例如，研究表明，将荧光碳量子点负载到脂质体中，可以提高药物的靶向性和治疗效果。
荧光碳量子点还可以作为基因治疗载体，用于实现对特定基因的精准调控。
2.3 荧光碳量子点在生物成像中的应用荧光碳量子点具有较高的比表面积和光学活性，因此可以作为一种有效的生物成像探针。
例如，研究表明，利用荧光碳量子点与特定蛋白结合形成的复合物可以实现对细胞内重要蛋白的高灵敏度、高分辨率成像。
荧光碳量子点还可以与其他分子结合形成多重信号放大系统，进一步提高生物成像的效果和灵敏度。
量子点材料在生物医学中的应用随着现代科技的快速发展，量子点材料越来越得到人们的重视。
这种新型材料具有许多独特的物理和化学特性，可以应用于许多领域，生物医学领域也不例外。
本文将重点讨论量子点材料在生物医学中的应用。
一、什么是量子点材料量子点材料是由纳米尺度的半导体晶格所组成的，其中的半导体材料可以是人工合成的、天然的或者是碳纳米管这样的其他纳米材料。
这种材料的尺寸通常在1—10纳米之间，处于纳米量级。
量子点的尺寸特别小，从而显示出了许多独特的物理和化学性质，例如光学、电学、磁学以及光谱学等。
二、量子点材料在生物医学上的应用1. 生物成像量子点材料在生物成像方面有许多应用。
量子点的发光强度高，持续时间长，可以被长时间观测，同时由于量子点的发光波长可以被调控，因此可以灵活地选择生物医学成像所需要的波长。
这种材料的亮度比传统的有机荧光探针要高得多，其成像效果也更为精确，可以在细胞及其分子级别上进行成像，从而更好地了解细胞的结构和生理活动。
2. 癌症诊断量子点材料可以作为一种用于癌症诊断的新型标记剂。
例如，将量子点材料与靶向肿瘤细胞的抗体相结合，可以用于定位癌症细胞，从而实现对癌症细胞的精确诊断。
同时，由于量子点的光学性质和稳定性，也可以用于癌症治疗中。
3. 生物探针量子点材料可以被用作生物学探针，例如用于检测细胞内分子和蛋白质。
这种材料可以和靶向特定分子的信标分子相结合，从而形成一种高度敏感的探针。
量子点的发光特性便于跟踪这些信标分子的运动和改变。
4. 药物传递量子点材料可以被用作药物传递控释系统。
通过将药物与量子点相结合，在药物输送过程中起到保护药物、控制药物释放、延长药物作用时间的作用。
同时，由于量子点本身的多重发光特性，可以作为一种药物跟踪的工具。
三、量子点材料在生物医学上的优势量子点材料在生物医学领域的应用有许多优势。
首先，由于量子点的尺寸小，因此可以准确定位细胞的位置，从而实现更高精度的成像和准确的药物输送。
基金项目:吉林省科学技术厅资助项目(NO.20082123)*通讯作者文章编号:1007-4287(2009)06-0847-03量子点在生物医学领域的应用王雅丽,张玉成,张桂珍*(吉林大学中日联谊医院中心实验室,吉林长春130033)生命科学的高速发展离不开新技术新方法的应用。
近些年来,量子点在生物医学领域的应用已经成为人们广泛关注的研究热点之一,量子点在体内外成像,靶向标记特异组织和细胞等方面均取得了新的进展。
相对于传统的荧光染料分子而言,量子点具有其独特的特性及优点。
本文对近年来量子点在生物医学领域的诸多应用及进展做一综述。
1 量子点基本组成结构及光学特性1.1 量子点概念 量子点(Quantum Dots,QDs),也称半导体纳米晶(Nanocrystals,NCs),它是由 族元素或! ∀族元素组成的小于100nm 的半导体纳米微晶体,当这些半导体纳米微晶体的直径小于激子的波尔直径(<10nm)时,这些半导体纳米微晶体由于受到量子尺寸效应和介电限域效应的影响,从而表现出独特的光学特征[1-3]。
1.2 量子点的光学特性及优点 QDs 与传统的有机荧光染料相比,其光学特性有:1.2.1 QDs 的激发光波长(e xcitation wave lengths)范围宽且连续分布,其荧光可以被波长小于其量子限域峰的任意光源所激发,而其发射波长(emission wa ve lengths)的范围窄且呈对称分布[4,5],可检测到的光谱范围内同时使用多个探针,而发射光谱不出现交叠。
1.2.2 QDs 的发光特征具有严格的量子尺寸效应,通过改变量子点粒径大小可获得从紫外到近红外范围内任意点的光谱[6],这样仅用一种波长的激发光源便可激发多种荧光,进行多元荧光检测。
1.2.3 QDs 的抗光漂白能力强,光漂白作用是指由光激发引起发光物分解而导致的荧光强度降低的现象[7]。
有机荧光染料的光漂白速率很快,而QDs 的光漂白作用则远远小得多。
1.2.4 QDs 的荧光寿命长[8],典型的有机荧光染料的荧光寿命仅为几纳秒,这与很多生物样本的自发荧光衰减的时间相当。
而QDs 的荧光寿命可持续长达数十纳秒,这使得当光激发数纳秒以后,大多数自发荧光背景已经衰减,而QDs 荧光仍然存在,此时即可获得无背景干扰的荧光信号。
2 量子点的修饰直接制备的QDs 很难与生物大分子发生作用,所以制备好的QDs 需要对其表面进行修饰来提高它的光学特性以及它与生物大分子连接的能力。
Nie 等[9]利用巯基乙酸修饰QDs,游离的羧基不仅使QDs 的水溶性增强,还可以与生物大分子结合。
3 量子点与生物大分子偶联生物分子通过与QDs 结合后才能用于生物医学,结合的方式主要有直接结合、共价偶联、静电吸附、间接偶联[10,11]。
直接结合是指量子点表面基团和生物分子表面基团直接作用后将生物分子连接到量子点上的方式,这种连接方式难度较大,一般不易采用。
共价偶联是利用量子点表面修饰的羧基,通过酶促交联剂EDC 的作用,与生物分子表面的氨基进行共价偶联,这种偶联方式得到的偶联复合物稳定,但偶联过程比较复杂。
静电吸附是通过静电力进行偶联[12],通常先把一活性基团连在QDs 上,同时用另一活性基团修饰生物大分子,利用两活性基团的静电作用力即可将QDs 与目标分子结合,这种偶联方式得到的偶联复合物不是足够稳定,但偶联过程比较简单快捷。
间接偶联是指通过其它亲和系统来将量子点与生物分子结合在一起的方法,常用的亲和系统包括生物素 链亲和素、生物素 卵白素[13,14]亲和系统,这些亲和系统能起到很好的桥梁作用,将生物分子连接到量子点上面。
4 量子点在生物分析中的应用4.1 量子点在细胞成像中的应用量子点已成功地应用于细胞的不同组分、蛋白以及亚细胞结构的标记,其基本原理是当量子点与特异性抗体交联后,量子点 抗体复合物就会与细胞内的不同细胞器或骨架系统结合,在受到光激发后发出特定波长的荧光。
Wu 等[7]采用荧光免疫法,#847#中国实验诊断学 2009年6月 第13卷 第6期证明了QDs标记抗体能特异的识别亚细胞水平的分子靶点,他们用QDs标记的羊抗鼠I gG作为二抗,结合Her2抗体,观察到乳腺癌细胞表面的Her2抗原。
同时也采用不同颜色的QDs与链亲和素连接,然后配合生物素标记的二抗和特异性单抗,在同一光源照射下,可观察到不同颜色极易区别的细胞表面的Her2和核抗原,也能同时识别胞浆微管蛋白,与有机荧光染料Alexa488相比,QDs发射的荧光较强且稳定性好。
Sukhanova等[15,16]用QDs对乳腺癌细胞膜上的P 糖蛋白(P gp)进行了免疫荧光检测和三维共聚焦分析,P gp能过度表达于MCF7r乳腺癌细胞膜上,可以介导多药耐药性(multidrug resistance, MDR)表型的形成,可作为MCF7r细胞的特异性靶点,将抗P gp抗体作为一抗,QDs结合多价二抗与之结合进行荧光成像,这种结合具有很高的特异性,用不表达膜P gp的MCF7细胞作为对照时,发现无明显荧光信号。
进一步的对照实验,将细胞不先与一抗结合而直接结合二抗,结果无明显荧光信号也充分证明这一点,通过该技术完成的乳腺癌细胞膜P gp三维重建的图像清楚显示了过度表达的P gp 在乳腺癌细胞膜上的分布情况,其效果远远优于FI TC、Alexa Fluor等其他荧光染料,这为乳腺癌的分子生物学研究提供了最直观的依据。
现今,通过文献查到的标记过的组分包括:活体细胞中的核蛋白、线粒体、吞噬体、复合胺转换蛋白、前列腺特异性膜抗原、Her2蛋白、氨基乙酸受体、erbB/HER细胞传输膜受体和P2糖蛋白等;固定细胞中的微管蛋白、肌动蛋白丝、Mortalin(热休克蛋白70家族蛋白质)、细胞角蛋白、细胞膜蛋白与受体等[17,18]。
上述这些细胞组分的标记对于研究疾病的产生和发展,以及诊断都具有十分重要的意义。
4.2 量子点在活体成像中的应用量子点不仅可以用于体外细胞的标记,好多研究者对量子点在活体成像实验同样感兴趣。
Gao 等[19]研制了一种多功能QDs探针,能够对动物活体内的肿瘤进行靶向并同时成像,这种探针包含一种两亲性三嵌段共聚物、特异性靶向配体和多个PEG 分子,两亲性三嵌段共聚物可用来保护QDs不发生聚集和具有足够的稳定性,特异性靶向配体用于与肿瘤抗原结合,而PEG分子则可以改善量子点的生物相容性和循环寿命。
前列腺特异性膜抗原(prostatespecific me mbrane antigen,PSMA)是一种细胞表面标志物,存在于前列腺上皮细胞和新生的血管内皮细胞上,可以作为前列腺癌QDs成像的特异性靶点,该研究组运用结合PSMA抗体的QDs通过小鼠尾静脉注射来靶向能够表达PSMA的前列腺癌并成像,用无肿瘤的小鼠作为对照,发现结合了PSMA 抗体的量子点在肿瘤生长部位定位、积累并且发出很强的荧光信号,而对照组则无明显信号,进一步研究表明这种通过肿瘤特异性抗原#抗体结合的QDs 主动靶向比单纯的被动靶向要迅速、高效得多,在体内研究中,该小组用QDs成功实现了裸鼠前列腺癌模型的非损伤性成像,在活体模型中肉眼即可清晰观察到肿瘤的部位,这给前列腺癌的诊断和预后的研究开辟了一条新的思路。
Kim等人[20]将量子点注射到小鼠的前肢皮下和猪的腹股沟皮下,通过术中显像系统能观察到量子点进入了淋巴系统,几分钟后量子点迁移到腋前线的位置,在相同位点再注入异硫蓝,则会出现荧光信号和蓝色染料共区域化的现象,而异硫蓝是组织学诊断前哨淋巴结公认的试剂,这就从侧面证明,荧光信号出现的位点也同样是前哨淋巴结的位点,这样,通过荧光显像系统就可以观察到前哨淋巴结的位置,为外科术中找到前哨淋巴结创造了便利的条件。
4.3 量子点在长效标记中的应用基于量子点荧光寿命长这个优点,研究者可以利用量子点做长效标记。
Jaiswal等[21]首先用二氢硫辛酸对QDs进行包裹修饰,然后通过内吞作用将QDs标记在Hela细胞的囊泡内,标记的QDs第12天仍稳定存在于细胞中;他们还通过QDs与生物素连接而成的QDs 生物素荧光探针,对表面生物素化的Hela细胞膜进行特异性标记,标记的QDs在活细胞内能连续承受激发光照射14小时而荧光强度不发生明显的减退,在12天后细胞内仍能检测到可见荧光。
因此,QDs可以用来制备追踪标记分子,用于细胞生长过程中的动态研究。
4.4 量子点在信号转导机制研究中的应用信号转导机制是近年来众多领域的研究热点之一,它是靶向治疗的基础。
Lidke等[22]利用QDs探针成功实现了erbB/HER受体介导的信号转导途径的检测,他们首先证明QDs与EGF交联仍具有结合力且可通过细胞内吞作用能与erbB1受体主动结合,用QDs荧光示踪EGF与erbB1结合和信号转导的过程,直接实时动态观察到一个信号分子从细胞膜结合、通过细胞线状伪足、胞吞内化以及与erbB2、erbB3相互作用的全过程,证明了线状伪足存在一种新的逆向转运机制,而以前这些只能在固定细胞或通过生化分离的方法才能检测,可见量子点在实时动态#848#Chin J Lab Diagn,June,2009,Vol13,No.6研究信号转导机制方面的应用有着独特的优势。
4.5 量子点在生物芯片领域的应用QDs色彩的多样性满足了对生物高分子(蛋白质、DNA)所蕴含海量信息进行分析的要求。
Han 等[23]将聚合物和QDs结合形成聚合物微球,微球可以携带不同尺寸(颜色)的量子点,这种QDs微球标记物的发射荧光强,稳定性能好。
包入QDs的高分子聚合微球可标记寡核苷酸探针或抗体,用于基因芯片或蛋白质芯片的搜索。
按排列组合方法把不同大小的QDs以不同数量比例包入高分子聚合微球,可能编制的密码数量很大,理论上使用6种颜色和10种强度的QDs就可以对106个核酸或蛋白质序列进行编码。
事实上,如要达到精确的检测、不带有任何光谱交叠,可编码的QDs微粒能达到1万到4万。
人类基因组测序已经完成,人类约有3万个基因,所以该技术有能力对所有这些基因进行编码标记,其应用前景非常广阔。
5 展望QDs是新兴的荧光成像材料,它在生物医学中的应用已显示出诱人的前景。
相信随着QDs制备和标记技术的不断成熟,它必将成为新一代生物荧光标记物,在细胞成像、体内成像、疾病诊断以及研究生物大分子之间的相互作用、组分在机体内的循环和作用方式等方面发挥独特的作用。
但要真正实现QDs在活体的应用,需要解决的问题还很多,如寻求高效稳定,而且对生物分子活性无损伤的偶联方法和方式;如何处理QDs才能使它在机体内保持稳定而且对机体的毒性降到最低;如何合成出能发射较强组织穿透能力谱线的QDs等问题将是QDs 在生物医学领域研究的重点。
