量子點(diǎn)在細(xì)胞內(nèi)成像中的應(yīng)用進(jìn)展研究

楊玉霞

（山東大學(xué)第二醫(yī)院 山東 濟(jì)南 250033）

1 引言

量子點(diǎn)是一種直徑在1-0n m之間的膠質(zhì)半導(dǎo)體納米顆粒。它們是由II-VI或III-V族元素合成的一類無機(jī)物質(zhì)。在1998年，兩個課題組分別發(fā)表了熒光量子點(diǎn)可以作為生物探針用于細(xì)胞標(biāo)記的創(chuàng)新性論文，初步解決了如何將量子點(diǎn)溶于水溶液，以及如何對其進(jìn)行表面修飾與生物大分子偶聯(lián)的問題。這是第一次有關(guān)量子點(diǎn)應(yīng)用于生物學(xué)研究中的報(bào)道，拉開了量子點(diǎn)用于生物標(biāo)記的序幕。

2 量子點(diǎn)的基本性質(zhì)

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

3 量子點(diǎn)在細(xì)胞內(nèi)成像和活體內(nèi)成像中的應(yīng)用

量子點(diǎn)的優(yōu)良光電學(xué)性質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)成像領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通常情況下，如果想要實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞或者細(xì)胞內(nèi)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(tuán)對目標(biāo)靶點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。然而傳統(tǒng)熒光染料的光穩(wěn)定性和抗干擾差，限制了它們在細(xì)胞成像中的應(yīng)用。量子點(diǎn)非常適合應(yīng)用于細(xì)胞成像中，并將細(xì)胞成像技術(shù)提高到一個新的水平。一般來說，對固定細(xì)胞和活細(xì)胞標(biāo)記有著明顯的不同之處。固定細(xì)胞是死細(xì)胞，因此對其進(jìn)行較為“粗暴的”的處理。第一個成功對固定細(xì)胞進(jìn)行量子點(diǎn)標(biāo)記的例子是在1998年由Br uchez等人完成的。此后，量子點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于固定細(xì)胞的成像實(shí)驗(yàn)中?？紤]到實(shí)驗(yàn)操作的可行性，這類實(shí)驗(yàn)大多是采用量子點(diǎn)進(jìn)行膜標(biāo)記。接下來，較為困難的一步就是將量子點(diǎn)引入到細(xì)胞當(dāng)中，進(jìn)行活細(xì)胞內(nèi)的檢測?，F(xiàn)在已有較多這方面的文獻(xiàn)報(bào)道。舉例來說，利用電穿孔技術(shù)，量子點(diǎn)-肽結(jié)合物體可以用于在活細(xì)胞中對核內(nèi)靶目標(biāo)進(jìn)行長期熒光成像。也可以采用顯微注射法將量子點(diǎn)注射到體內(nèi)，Dubertret等使用磷脂膠囊包覆量子點(diǎn)，然后注入到非洲蟾蜍胚胎中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)量子點(diǎn)能夠穩(wěn)定而安全的存在與胚胎中。除了電穿孔術(shù)和顯微注射法以外，量子點(diǎn)也可以通過細(xì)胞內(nèi)吞作用很快的進(jìn)入目標(biāo)細(xì)胞。在進(jìn)行這步操作前，可以先使量子點(diǎn)與各種特異性的細(xì)胞表面分子、肽結(jié)合。最近，Chakraborty等報(bào)道了cholera toxin B（CTB）-量子點(diǎn)結(jié)合體可以通過內(nèi)吞作用進(jìn)入小囊泡，并能均勻的分布在胞漿中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，方法可以通過進(jìn)一步改進(jìn)應(yīng)用于哺乳動物細(xì)胞的標(biāo)記和成像。

量子點(diǎn)還是用于生物醫(yī)學(xué)成像的優(yōu)良工具。通過適當(dāng)?shù)男揎?，量子點(diǎn)就可以成功的對目標(biāo)靶細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記。這為解決許多存在于癌癥學(xué)、腫瘤學(xué)、以及血液學(xué)中的問題提供了一個有潛力的工具和手段。

量子點(diǎn)可以用于癌癥研究中。例如，鏈霉親和素修飾的量子點(diǎn)通過與免疫球蛋白（Ig G）結(jié)合，能夠成功的對受體Her2和乳腺癌細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記。量子點(diǎn)也可以應(yīng)用于血液學(xué)研究。通過將量子點(diǎn)與轉(zhuǎn)鐵蛋白或者抗體結(jié)合，可以成功實(shí)現(xiàn)造血細(xì)胞的量子點(diǎn)熒光標(biāo)記。量子點(diǎn)也可以用于紅細(xì)胞中或者小鼠體內(nèi)細(xì)胞示蹤的免疫組織化學(xué)檢測。通過與特異性細(xì)胞結(jié)合，并被血液學(xué)的細(xì)胞吸取后，量子點(diǎn)能夠?qū)ζ浞至押头只^程進(jìn)行追蹤監(jiān)測。

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

4 結(jié)論和展望

作為一種新的經(jīng)典的無機(jī)染料，量子點(diǎn)現(xiàn)在在生命科學(xué)領(lǐng)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(nèi)，它還將無法取代有機(jī)染料所具有的地位，但它必將成為現(xiàn)有熒光基團(tuán)的一個重要補(bǔ)充體系。我們有理由相信，量子點(diǎn)將進(jìn)一步推動現(xiàn)有生物檢測技術(shù)的前進(jìn)，并進(jìn)而推進(jìn)新的技術(shù)和方法的產(chǎn)生，最終促進(jìn)生命科學(xué)的不斷發(fā)展和前進(jìn)。

［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(xiàn).W.Wise，W.W.Webb，Science（New York，N.Y，300（2003）1434