量子點在細胞內成像中的應用進展研究

楊玉霞

（山東大學第二醫院 山東 濟南 250033）

1 引言

量子點是一種直徑在1-0n m之間的膠質半導體納米顆粒。它們是由II-VI或III-V族元素合成的一類無機物質。在1998年，兩個課題組分別發表了熒光量子點可以作為生物探針用于細胞標記的創新性論文，初步解決了如何將量子點溶于水溶液，以及如何對其進行表面修飾與生物大分子偶聯的問題。這是第一次有關量子點應用于生物學研究中的報道，拉開了量子點用于生物標記的序幕。

2 量子點的基本性質

與傳統有機染料相比，量子點作為一種新的無機熒光標記物，因其獨特的光學和電學性質而備受關注。首先，量子點具有寬的、可調的吸收光譜。根據選取材料的不同或者制備的納米顆粒大小的不同，量子點可以發射不同顏色的熒光。這就可以用單一波長的激發光來激發不同大小的量子點，同時不同顏色的發射光譜可以被同時檢測。第二，量子點具有窄的、對稱的、且可調的發射光譜（其半高峰寬一般在20-30n m之間），且可以獲得從藍色到紅外范圍內的發射光譜。這允許同時檢測不同的熒光發射而不會發生光譜重疊，使標記生物分子的熒光譜區分、識別變得容易。第三，量子點具有高強度的均一性熒光，且耐光漂白性好。舉例來說，量子點的亮度是常用的羅丹明染料的20倍，而耐光漂白性和穩定性則是它的100倍。這一優勢允許對利用量子點標記的樣品進行反復成像，以及在較長時間內獲取高分辨率的圖像。

3 量子點在細胞內成像和活體內成像中的應用

量子點的優良光電學性質在細胞內成像領域具有廣泛的應用前景。通常情況下，如果想要實現對細胞或者細胞內組分的成像檢測，最常見也是最常用的方法就是用熒光基團對目標靶點進行標記。然而傳統熒光染料的光穩定性和抗干擾差，限制了它們在細胞成像中的應用。量子點非常適合應用于細胞成像中，并將細胞成像技術提高到一個新的水平。一般來說，對固定細胞和活細胞標記有著明顯的不同之處。固定細胞是死細胞，因此對其進行較為“粗暴的”的處理。第一個成功對固定細胞進行量子點標記的例子是在1998年由Br uchez等人完成的。此后，量子點被廣泛的應用于固定細胞的成像實驗中。考慮到實驗操作的可行性，這類實驗大多是采用量子點進行膜標記。接下來，較為困難的一步就是將量子點引入到細胞當中，進行活細胞內的檢測。現在已有較多這方面的文獻報道。舉例來說，利用電穿孔技術，量子點-肽結合物體可以用于在活細胞中對核內靶目標進行長期熒光成像。也可以采用顯微注射法將量子點注射到體內，Dubertret等使用磷脂膠囊包覆量子點，然后注入到非洲蟾蜍胚胎中，結果發現量子點能夠穩定而安全的存在與胚胎中。除了電穿孔術和顯微注射法以外，量子點也可以通過細胞內吞作用很快的進入目標細胞。在進行這步操作前，可以先使量子點與各種特異性的細胞表面分子、肽結合。最近，Chakraborty等報道了cholera toxin B（CTB）-量子點結合體可以通過內吞作用進入小囊泡，并能均勻的分布在胞漿中。實驗結果證明，方法可以通過進一步改進應用于哺乳動物細胞的標記和成像。

量子點還是用于生物醫學成像的優良工具。通過適當的修飾，量子點就可以成功的對目標靶細胞進行標記。這為解決許多存在于癌癥學、腫瘤學、以及血液學中的問題提供了一個有潛力的工具和手段。

量子點可以用于癌癥研究中。例如，鏈霉親和素修飾的量子點通過與免疫球蛋白（Ig G）結合，能夠成功的對受體Her2和乳腺癌細胞進行標記。量子點也可以應用于血液學研究。通過將量子點與轉鐵蛋白或者抗體結合，可以成功實現造血細胞的量子點熒光標記。量子點也可以用于紅細胞中或者小鼠體內細胞示蹤的免疫組織化學檢測。通過與特異性細胞結合，并被血液學的細胞吸取后，量子點能夠對其分裂和分化過程進行追蹤監測。

除了以上提到的這些研究工作以外，量子點還被廣泛用于其他各種感興趣的細胞檢測中。比如文獻報道的有胚胎干細胞，凋亡細胞，主動脈的上皮細胞。這些研究的結果都表明，量子點對于細胞標記是無毒性的，而且是一種有巨大潛力的用于胞內分子長時間成像的工具。

4 結論和展望

作為一種新的經典的無機染料，量子點現在在生命科學領域所取得的成就配得上人們最初對它們的期待。雖然短期時間內，它還將無法取代有機染料所具有的地位，但它必將成為現有熒光基團的一個重要補充體系。我們有理由相信，量子點將進一步推動現有生物檢測技術的前進，并進而推進新的技術和方法的產生，最終促進生命科學的不斷發展和前進。

［1］ M.Bruchez，Jr.，M.Moronne，P.Gin，S.Weiss，A.P.Alivisatos，Science（New Yor k，N.Y，281（1998）2013

［2］ W.C.Chan，S.Nie，Science（New Yor k，N.Y，281（1998）2016

［3］ D.R.Larson，W.R.Zipfel，R.M.Willia ms，S.W.Clar k，M.P.Bruchez，F.W.Wise，W.W.Webb，Science（New York，N.Y，300（2003）1434