量子点在细胞内成像中的应用进展研究

杨玉霞

（山东大学第二医院 山东 济南 250033）

1 引言

量子点是一种直径在1-0n m之间的胶质半导体纳米颗粒。它们是由II-VI或III-V族元素合成的一类无机物质。在1998年，两个课题组分别发表了荧光量子点可以作为生物探针用于细胞标记的创新性论文，初步解决了如何将量子点溶于水溶液，以及如何对其进行表面修饰与生物大分子偶联的问题。这是第一次有关量子点应用于生物学研究中的报道，拉开了量子点用于生物标记的序幕。

2 量子点的基本性质

与传统有机染料相比，量子点作为一种新的无机荧光标记物，因其独特的光学和电学性质而备受关注。首先，量子点具有宽的、可调的吸收光谱。根据选取材料的不同或者制备的纳米颗粒大小的不同，量子点可以发射不同颜色的荧光。这就可以用单一波长的激发光来激发不同大小的量子点，同时不同颜色的发射光谱可以被同时检测。第二，量子点具有窄的、对称的、且可调的发射光谱（其半高峰宽一般在20-30n m之间），且可以获得从蓝色到红外范围内的发射光谱。这允许同时检测不同的荧光发射而不会发生光谱重叠，使标记生物分子的荧光谱区分、识别变得容易。第三，量子点具有高强度的均一性荧光，且耐光漂白性好。举例来说，量子点的亮度是常用的罗丹明染料的20倍，而耐光漂白性和稳定性则是它的100倍。这一优势允许对利用量子点标记的样品进行反复成像，以及在较长时间内获取高分辨率的图像。

3 量子点在细胞内成像和活体内成像中的应用

量子点的优良光电学性质在细胞内成像领域具有广泛的应用前景。通常情况下，如果想要实现对细胞或者细胞内组分的成像检测，最常见也是最常用的方法就是用荧光基团对目标靶点进行标记。然而传统荧光染料的光稳定性和抗干扰差，限制了它们在细胞成像中的应用。量子点非常适合应用于细胞成像中，并将细胞成像技术提高到一个新的水平。一般来说，对固定细胞和活细胞标记有着明显的不同之处。固定细胞是死细胞，因此对其进行较为“粗暴的”的处理。第一个成功对固定细胞进行量子点标记的例子是在1998年由Br uchez等人完成的。此后，量子点被广泛的应用于固定细胞的成像实验中。考虑到实验操作的可行性，这类实验大多是采用量子点进行膜标记。接下来，较为困难的一步就是将量子点引入到细胞当中，进行活细胞内的检测。现在已有较多这方面的文献报道。举例来说，利用电穿孔技术，量子点-肽结合物体可以用于在活细胞中对核内靶目标进行长期荧光成像。也可以采用显微注射法将量子点注射到体内，Dubertret等使用磷脂胶囊包覆量子点，然后注入到非洲蟾蜍胚胎中，结果发现量子点能够稳定而安全的存在与胚胎中。除了电穿孔术和显微注射法以外，量子点也可以通过细胞内吞作用很快的进入目标细胞。在进行这步操作前，可以先使量子点与各种特异性的细胞表面分子、肽结合。最近，Chakraborty等报道了cholera toxin B（CTB）-量子点结合体可以通过内吞作用进入小囊泡，并能均匀的分布在胞浆中。实验结果证明，方法可以通过进一步改进应用于哺乳动物细胞的标记和成像。

量子点还是用于生物医学成像的优良工具。通过适当的修饰，量子点就可以成功的对目标靶细胞进行标记。这为解决许多存在于癌症学、肿瘤学、以及血液学中的问题提供了一个有潜力的工具和手段。

量子点可以用于癌症研究中。例如，链霉亲和素修饰的量子点通过与免疫球蛋白（Ig G）结合，能够成功的对受体Her2和乳腺癌细胞进行标记。量子点也可以应用于血液学研究。通过将量子点与转铁蛋白或者抗体结合，可以成功实现造血细胞的量子点荧光标记。量子点也可以用于红细胞中或者小鼠体内细胞示踪的免疫组织化学检测。通过与特异性细胞结合，并被血液学的细胞吸取后，量子点能够对其分裂和分化过程进行追踪监测。

除了以上提到的这些研究工作以外，量子点还被广泛用于其他各种感兴趣的细胞检测中。比如文献报道的有胚胎干细胞，凋亡细胞，主动脉的上皮细胞。这些研究的结果都表明，量子点对于细胞标记是无毒性的，而且是一种有巨大潜力的用于胞内分子长时间成像的工具。

4 结论和展望

作为一种新的经典的无机染料，量子点现在在生命科学领域所取得的成就配得上人们最初对它们的期待。虽然短期时间内，它还将无法取代有机染料所具有的地位，但它必将成为现有荧光基团的一个重要补充体系。我们有理由相信，量子点将进一步推动现有生物检测技术的前进，并进而推进新的技术和方法的产生，最终促进生命科学的不断发展和前进。

［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