量子点作为荧光探针在生物医学领域的研究进展
Hans Journal of Nanotechnology纳米技术, 2016, 6(1), 9-13
Published Online February 2016 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/journal/nat
https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.12677/nat.2016.61002
Advances of Quantum Dots as Fluorescent
Probes in Biological and Medical Fields
Guolong Song, Xiangdong Kong*
Institute of Biomaterials and Marine Biological Resources, College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang
Received: Jan. 27th, 2016; accepted: Feb. 13th, 2016; published: Feb. 16th, 2016
Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc.
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Abstract
Quantum dots (QDs), three-dimensional (3-D) nanocrystals, possess a great deal of unique optical performances, such as wide excitation wavelength, narrow and symmetric emission wavelength, high quantum yield, long fluorescence lifespan, stable optical property. QDs can be used as fluo-rescent probes to label different components in biosystem, which contains tissues, cells, molecules and living animals imaging. A review on the advances of QDs as fluorescent probes in Biological and Medical fields is given in the paper.
Keywords
Quantum Dots, Biological Probes, In Vivo Imaging
量子点作为荧光探针在生物医学领域的
研究进展
宋国龙，孔祥东*
浙江理工大学生命科学学院，生物材料与海洋生物资源研究所，浙江杭州
收稿日期：2016年1月27日；录用日期：2016年2月13日；发布日期：2016年2月16日
*通讯作者。
宋国龙，孔祥东
摘要
量子点是一种三维纳米晶粒，具有许多优异的光学性能，如激发波长范围宽、发射波长范围窄且对称、量子产率高、荧光寿命长、光学性能稳定等优点。量子点可以作为荧光探针来标记生物体系的不同成分，如组织、细胞、生物大分子以及动物活体成像，本文就量子点在生物医学领域作为荧光标记物的研究进展加以综述。
关键词
量子点，生物探针，活体成像
1. 引言
自20世纪90年代量子点开始兴起到现在，这一领域已经发展了20多年，随着研究的不断深入与扩展，量子点材料的制备技术有了很大提高，可以重复的稳定制备出粒径可控的高荧光性能的量子点，并且可以在其表面修饰不同的化学基团，为量子点在生物、化学领域的应用奠定了基础。目前，量子点在生物领域的应用主要体现在以下几个方面：一是作为生物探针用于生物大分子标记(抗体、DNA)，细胞核组织的标记与成像，动物活体成像，微生物检测等。二是作为离子探针可以用于金属离子，阴离子的检测等。三是作为小分子探针用于检测有机小分子，药物小分子，环境污染物等。该文章主要就量子点作为生物探针在生物医学领域的应用进展进行综述。
量子点作为荧光探针标记生物体系是一个非常有前景的应用领域。这一构思最初是由Alivisatos研究小组[1]和Nie研究小组[2]提出的。他们的研究使具有独特荧光性能的量子点应用于生物标记成为可能，并且充分展现了这种新型生物标记具有传统有机荧光染料无法比拟的优越性。量子点荧光探针与生物分子的结合方式主要有两种：一种是共价结合。通过共价结合形成的量子点与生物大分子共轭物比较牢固，可以用于较复杂的研究体系，如活体标记、抗原抗体标记等。另一种是物理吸附，如可以通过静电吸附使量子点与生物分子结合。
2. 量子点荧光探针用于生物大分子标记
简单生物大分子的检测是量子点在生命科学领域的首次尝试。所采用的方法是将带有羧基或者氨基修饰的量子点与生物大分子上的氨基或者羧基共价偶联，也可以通过静电吸附来完成生物分子与量子点的连接。Anderson等利用生物素化的CdSe/ZnS QDs进行免疫检验，用于测定B型葡萄球菌肠毒素，检出限为10 ng/ml。首先在碱性条件下，用带正电荷的麦芽糖结合蛋白包裹带负电荷的水溶性量子点，然后将蛋白量子点结合物进行生物素化处理[3]。Chang等在用纳米金和量子点这两种纳米材料研究蛋白酶水解的研究中，通过实验说明量子点与纳米金之间存在能量转移，首先将量子点与目标蛋白相连，再用纳米金与量子点-蛋白质偶联，复合物的荧光强度大大减弱，然后加入蛋白水解酶之后，复合物的荧光强度逐渐恢复[4]。
量子点与DNA分子的研究也取得的很大的进展。Alivisatos等首先用硅烷包覆的CdSe/ZnS核壳结构的量子点，然后在硅烷外壳接枝不同的基团，通过交联剂的作用于DNA分子共价偶联[5]。Ebenstein研究小组利用单量子点识别DNA结合蛋白，然后将DNA与四种不同量子点偶联的DNA结合蛋白相连，经过单一光源激发，发出四种不同颜色的光，并通过荧光显微技术来确定DNA分子上的多个蛋白质位置
宋国龙，孔祥东
[6]。Liu等用羧甲基壳聚糖(CMCS)修饰的CdTe QDs对溶菌酶(lyz)进行了超灵敏定量检测。首先加入Zn2+使CMCS-CdTe QDs的荧光增强，这是因为CMCS的N-乙酰-葡萄糖胺(NAG)的氨基可以与Zn2+牢固结合使量子点的荧光增强；接着引入溶菌酶将CMCS降解随之形成的Lyz-QDs复合物使量子点的荧光淬灭。在最佳测试条件下，检出限可以达到0.031 ng/ml实现对溶菌酶的超微量检测[7]。由于量子点的荧光寿命较长，并且荧光强度稳定，所以在一定条件，可以根据量子点荧光强度的变化与待测物质之间的关系来进行特异性的检测。Zhang等用半胱氨酸修饰的CdTe/CdS核壳结构的量子点作为荧光探针对胰蛋白酶进行了定量测定，检出限为0.02~50.0 mg/L，这种方法快速、简洁，待测样品不需要复杂的预处理，QD-胰蛋白酶复合物的荧光强度的变化与胰蛋白酶的浓度之间具有良好的线性关系[8]。量子点对生物大分子的标记为生命科学领域研究DNA、蛋白质等提供了新的方法和思路，虽然这一领域的研究开始的相对比较早，但是目前仍然十分活跃。
3. 量子点荧光探针用于细胞核组织的标记与成像
近年来，量子点与不同的生物分子的连接技术得到了不断的改善和发展，使得量子点在细胞和组织成像领域的应用越来越凸显。量子点与靶标分子的连接让研究对象在生物体或者细胞内的活动轨迹可以直接观察，从而为研究生命活动的分子机制提供有力的证据，这是其他有机荧光染料所不能比拟的特点之一。
在细胞成像方面，量子点的应用主要集中在两个方面：一是离体活细胞成像如细胞内特定大分子的失踪；二是固定细胞成像，这主要包括细胞膜标记、细胞骨架成像和细胞核成像等。1998年，Nie研究小组首次将量子点用于离体活细胞实验，拉开了量子点标记细胞研究的序幕，用TGA-QD标记转铁蛋白，然后将该复合物与Hela细胞共同孵育，实验发现该复合物经过Hela细胞表面的受体识别进入细胞内部[2]。Gerion等在2004年首次报道量子点对细胞核的成像标记，该工作为研究细胞核的交换机制及其过程提供了新的方法；首先将量子点与猴病毒(SV40)的T抗原核定位信号(NLS)偶联，经过转染进入活细胞，并通过荧光成像系统检测复合物从细胞质运动到细胞核的过程，大约经过一周的培养观察可以看到复合物积聚在细胞核中，同时在观察的过程中没有发现量子点对细胞的产生明显的副作用[9]。Alivisatos课题组首次实现了用双色荧光量子点来同时标记单个细胞，首先根据硅烷化的绿色量子点对细胞核具有高度亲和力的特点，直接利用它们标记鼠纤维原细胞的细胞核，把另一种硅烷化的红色量子点用亲和素修饰，并通过生物素与亲和素相互作用来标记细胞表面的F-肌动蛋白，从而实现了用红色和绿色两种量子点来标记单个鼠纤维原细胞[10]。量子点作为荧光探针标记细胞的应用，标志着以量子点为荧光手段探究生命现象的时代已经到来。Dong等用GSH修饰的CdTe QDs与大鼠抗小鼠CD4抗体偶联，得到水溶性的CdTe-CD4复合物荧光探针，然后与淋巴细胞共同孵育，经过抗原-抗体之间的特异性免疫反应，实现了量子点对鼠淋巴细胞的标记，本研究中还将CdTe-CD4荧光探针和有机荧光染料FITC标记的CD4进行了比较，证明了量子点荧光探针在细胞成像方面的独特优势，如荧光寿命长、荧光强度高，光学稳定性好等[11]。量子点与抗体的偶联，通过抗原抗体特异性免疫反应，从而实现对待测成分的识别和检测。Lim等将发射近红外光的量子点与CD56抗体偶联，用于失踪自然杀伤细胞(NK细胞)在体内的分布，实验证明，量子点与CD56抗体的结合不会影响抗体的活性并且能够保证良好的成像效果[12]。
在这样一个谈“癌”色变的年代，量子点在肿瘤细胞标记中的应用势必会得到进一步的拓展，通过量子点与肿瘤细胞表面的特异性抗原偶联来标记肿瘤细胞，从而实现对患者体内肿瘤细胞的诊断并进行下一步的治疗。Gao等利用量子点与PSMA抗体的结合，实现了对前列腺癌肿瘤细胞的识别并成像，实验表明通过特异性修饰的量子点的主动靶向比单纯的被动靶向要高效、迅速很多，该方法为前列腺癌的诊断和预后研究开辟了一种新的思路[13]。Nida等用生物素化的EGFR (表皮生长因子受体)单克隆抗体与
宋国龙，孔祥东
宫颈癌SiHa细胞高表达的EGFR结合，然后用QD-亲和素荧光探针进行识别，通过激光共聚焦显微镜即可实现对宫颈癌SiHa的示踪，这为宫颈癌的早期诊断提供了一条新途径[14]。量子点在组织成像学中的应用也得到了不断发展，santra等利用量子点与TAT (一种对细胞敏感的缩氨酸)结合，使量子点通过血脑屏障，而没有与TAT连接的量子点则不能穿过血脑屏障，该研究为脑内药物靶向传递提供了一条新途径[15]。量子点在细胞和组织方面的成像技术不仅可以用于动物细胞与肿瘤细胞，还可以应用于植物细胞。
Ravidran等首次将量子点应用于植物细胞，为量子点的应用开拓了新领域，首先把量子点与SCA (花粉粘着素)蛋白偶联，然后加入到已经发芽的百合花花粉颗粒中，通过激光共聚焦荧光显微镜对该蛋白进行定位观察[16]。
4. 量子点荧光探针用于动物活体标记
量子点所具有的独特性能使其在动物活体成像方面展现出显著的优越性。量子点在动物活体成像方面的应用有利于疾病的无创诊断，继而可以帮助为患者制定个性化治疗方案。由于生物体内存在各种各样的生物分子，很容易与量子点发生非特异性结合，因此，用于活体或者组织内进行成像标记的量子点必须具有高度的特异性。在广大科研工作者长时间的努力下，可以合成具有良好生物相容性和水溶性的量子点，并且经过对量子点的表面修饰能够最大限度的减少量子点与细胞以及胞外基质的非特异性结合。
基于如受体–配体、抗原–抗体、生物素–亲和素等特异性结合作用，能够实现量子点对活体细胞和组织靶标的高度特异性。
目前，近红外荧光成像(700~900 nm)研究的重点，因为近红外QD对生物体深层组织和器官的检测比可见光区的QD具有更高的灵敏度与对比度，同时在这个频区生物分子的光吸收值最低，从而对体内成像的干扰最小。
5. 展望
虽然量子点最初的研究目的和内容主要集中在其光学特性、信息传输以及功能器件等方面，但是随着研究的不断深入与扩展，量子点所具有的独特性能如宽激发、窄发射、高强度、长寿命、抗漂白可调谐以及可以实现多色标记等诸多优点，为生物标记技术带来了心的突破和发展，在生物学领域得到了蓬勃发展。在生物医学领域量子点本身具有无可比拟的优势，作为一种新型的生物标记试剂，它完全可以取代传统的有机荧光染料。目前，量子点生物荧光探针已经成功用来标记生物体系的不同成分，如组织、细胞、生物大分子以及动物活体成像等。量子点生物荧光探针为生物医学领域的研究注入了一股新的活力，它的应用潜力正在不断被开发出来。同时，量子点生物荧光探针的商品化生产也已经开始形成规模。
随着量子点制备工艺的不断提高和完善，表面修饰技术的稳定性以及修饰功能多样性的不断丰富和成熟，将使量子点生物探针在生物标记和医学诊断中发挥重要作用。
参考文献(References)
[1]Bruchez, M., Moronne, M., Gin, P., Weiss, S. and Alivisatos, A.P. (1998) Semiconductor Nanocrystals as Fluorescent
Biological Labels. Science, 281, 2013-2016. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1126/science.281.5385.2013
[2]Chan, W.C. and Nie, S. (1998) Quantum Dot Bioconjugates for Ultrasensitive Nonisotopic Detection. Science, 281,
2016-2018. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1126/science.281.5385.2016
[3]Lingerfelt, B.M., Mattoussi, H., Goldman, E.R., Mauro, J.M. and Anderson, G.P. (2003) Preparation of Quantum Dot-
Biotin Conjugates and Their Use in Immunochromatography Assays. Analytical Chemistry, 75, 4043-4049.
https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1021/ac034139e
[4]Chang, E., Miller, J.S., Sun, J., Yu, W.W., Colvin, V.L., Drezek, R., et al. (2005) Protease-Activated Quantum Dot
Probes. Biochemical and Biophysical Research Communications, 334, 1317-1321.
https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1016/j.bbrc.2005.07.028
宋国龙，孔祥东[5]Parak, W.J., Gerion, D., Zanchet, D., Woerz, A.S., Pellegrino, T., Micheel, C., et al. (2002) Conjugation of DNA to
Silanized Colloidal Semiconductor Nanocrystalline Quantum Dots. Chemistry of Materials, 14, 2113-2119.
https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1021/cm0107878
[6]Ebenstein, Y., Gassman, N., Kim, S., Antelman, J., Kim, Y., Ho, S., et al. (2009) Lighting up Individual DNA Binding
Proteins with Quantum Dots. Nano Letters, 9, 1598-1603. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1021/nl803820b
[7]Song, Y., Li, Y., Liu, Z., Liu, L., Wang, X., Su, X., et al. (2014) A Novel Ultrasensitive Carboxymethyl Chitosan-
Quantum Dot-Based Fluorescence “Turn on-off” Nanosensor for Lysozyme Detection. Biosensors & Bioelectronics, 61, 9-13. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1016/j.bios.2014.04.036
[8]Zhang, H., Sun, P., Liu, C., Gao, H., Xu, L., Fang, J., et al. (2011) L-Cysteine Capped CdTe-CdS Core-Shell Quantum
Dots: Preparation, Characterization and Immuno-Labeling of HeLa Cells. Luminescence: The Journal of Biological and Chemical Luminescence, 26, 86-92. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1002/bio.1188
[9]Chen, F. and Gerion, D. (2004) Fluorescent CdSe/ZnS Nanocrystal-Peptide Conjugates for Long-Term, Nontoxic Im-
aging and Nuclear Targeting in Living Cells. Nano Letters, 4, 1827-1832. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1021/nl049170q
[10]Gao, J. and Xu, B. (2009) Applications of Nanomaterials inside Cells. Nano Today, 4, 37-51.
https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1016/j.nantod.2008.10.009
[11]Dong, W., Ge, X., Wang, M. and Xu, S. (2010) Labeling of BSA and Imaging of Mouse T-Lymphocyte as Well as
Mouse Spleen Tissue by l-Glutathione Capped CdTe Quantum Dots. Luminescence: The Journal of Biological and Chemical Luminescence, 25, 55-60.
[12]Lim, Y.T., Cho, M.Y., Noh, Y.-W., Chung, J.W. and Chung, B.H. (2009) Near-Infrared Emitting Fluorescent Nano-
crystals-Labeled Natural Killer Cells as a Platform Technology for the Optical Imaging of Immunotherapeutic Cells- Based Cancer Therapy. Nanotechnology, 20, 475102. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1088/0957-4484/20/47/475102
[13]Gao, X., Cui, Y., Levenson, R.M., Chung, L.W. and Nie, S. (2004) In Vivo Cancer Targeting and Imaging with Semi-
conductor Quantum Dots. Nature Biotechnology, 22, 969-976. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1038/nbt994
[14]Nida, D.L., Rahman, M.S., Carlson, K.D., Richards-Kortum, R. and Follen, M. (2005) Fluorescent Nanocrystals for
Use in Early Cervical Cancer Detection. Gynecologic Oncology, 99, S89-S94.
https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1016/j.ygyno.2005.07.050
[15]Santra, S., Yang, H., Stanley, J.T., Holloway, P.H., Moudgil, B.M., Walter, G., et al. (2005) Rapid and Effective Labe-
ling of Brain Tissue Using TAT-Conjugated CdS:Mn/ZnS Quantum Dots. Chemical Communications. 2005, 3144- 3146. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1039/b503234b
[16]Ravindran, S., Kim, S., Martin, R., Lord, E.M. and Ozkan, C.S. (2005) Quantum Dots as Bio-Labels for the Localiza-
tion of a Small Plant Adhesion Protein. Nanotechnology, 16, 1. https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html,/10.1088/0957-4484/16/1/001
医学生物化学各章节知识点及习题详解
医学生物化学各章节知识点习题详解 单项选择题 第一章蛋白质化学 1. .盐析沉淀蛋白质的原理是( ) A. 中和电荷，破坏水化膜 B. 与蛋白质结合成不溶性蛋白盐 C. 降低蛋白质溶液的介电常数 D. 调节蛋白质溶液的等电点 E. 使蛋白质溶液的pH值等于蛋白质等电点 提示：天然蛋白质常以稳定的亲水胶体溶液形式存在，这是由于蛋白质颗粒表面存在水化膜和表面电荷……。具体参见教材17页三、蛋白质的沉淀。 2. 关于肽键与肽，正确的是( ) A. 肽键具有部分双键性质 B. 是核酸分子中的基本结构键 C. 含三个肽键的肽称为三肽 D. 多肽经水解下来的氨基酸称氨基酸残基 E. 蛋白质的肽键也称为寡肽链 提示：一分子氨基酸的α－羧基和一分子氨基酸的α－氨基脱水缩合形成的酰胺键，即-CO-NH-。氨基酸借肽键联结成多肽链。……。
具体参见教材10页蛋白质的二级结构。 3. 蛋白质的一级结构和空间结构决定于( ) A. 分子中氢键 B. 分子中次级键 C. 氨基酸组成和顺序 D. 分子内部疏水键 E. 分子中二硫键的数量 提示：多肽链是蛋白质分子的最基本结构形式。蛋白质多肽链中氨基酸按一定排列顺序以肽键相连形成蛋白质的一级结构。……。具体参见教材20页小结。 4. 分子病主要是哪种结构异常（） A. 一级结构 B. 二级结构 C. 三级结构 D. 四级结构 E. 空间结构 提示：分子病由于遗传上的原因而造成的蛋白质分子结构或合成量的异常所引起的疾病。蛋白质分子是由基因编码的，即由脱氧核糖核酸（DNA）分子上的碱基顺序决定的……。具体参见教材15页。 5. 维持蛋白质三级结构的主要键是( ) A. 肽键 B. 共轭双键
荧光比率探针及其应用研究进展
７ 前 言 荧光比率技术是荧光分析中的一项重要技术。该技术在生物染色剂中，可被紫外线或蓝紫光（短波长光）激发而发射荧光的染料，称为荧光染料（荧光色素）。可被长波长光激发，这些荧光色素常称为荧光探针。荧光探针通常用于固定组织和细胞的染色，以及或活细胞中的应用， 此外还包括应用于体内荧光探针。 分子荧光探针按用途分类包括离子探针、极性探针、粘度探针、ＰＨ值探针、膜荧光探针、细胞活性探针、细胞器探针、位点特异性荧光探针等等。探针通过与分析物（如生命金属离子）进行结合后，引起荧光特性发生变化，通过测定荧光的激发波长、发射波长、荧光强度、峰位、荧光寿命、荧光量子产率和各向异性等，获得相关信息。 荧光方法测定中，荧光探针在与反应物结合后，出现激发或发射光谱移位的探针，可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率进行测定，称为比率测量。因为通过二个选择性的波长的荧光强度变化可作为定量的依据， 通常指在波长范围内有荧光强度明显的变化。同普通荧光探针相比，比率测量探针可以被分为两部分。 一种是荧光比率效果是通过原来荧光谱的迁移。通常，这些迁移的背景是荧光探针激发态的电子转移。它被激发通过改变发色团同周围分子或原子交互作用的能量改变（溶剂化显色迁移），同外部电场的交互作用（电致显色迁移）和在发色团中的双电弛豫（双电弛豫迁移）。 另外一种结合探针，荧光谱包括２个或更多的谱带。通常，是这些谱带相对强度的改变，激发态同荧光探针发色团反应。这些反应在不连续的能量状态。 荧光比率探针及其应用研究进展 杨柳＊ ，郭成海，张国胜 （防化研究院第四研究所，北京 １０２２０５） 摘要 本文介绍了荧光比率探针，包括阳离子探针、阴离子探针、ｐＨ值探针、极性探针、氧化性和分子的比率测量探针的应用及近几年的研究进展。关键词 荧光分析，比率测量 ＊作者简介：杨柳（１９７５－），男，助理研究员，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｌｉｕｊｉｎｊｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 所以在初始和产物状态都随着能量转移而发射荧光。 荧光比率测定法可消除光漂白和探针负载和留存及设备因素（照明稳定性）引起的数据的失真。如阴离子探针可通过有机离子载体从细胞排除，如ＡＭ酯可被Ｐ糖蛋白多药载体排出荧光比率测定法可减少探针渗漏对实验结果的影响。探针与离子结合后，出现激发或发射光谱移位的探针可使用在两个不同波长测定的荧光强度比率校准，可克服由于离子浓度的变化而造成的荧光信号人工假象。 Ｂｒｉｇｈｔ等（１９８９）发现比率测量减少或消除几种决定因素的变化对测量荧光强度的影响，包括探针浓度、激发光的光路长度、激发强度、和检测效率。消除的人工假象包括光漂白、探针渗漏、细胞厚度、探针在细胞内（区室化作用引起）或不同细胞群之间（负载效率差异造成）的不均匀分布。 比率测量探针已经应用于不同的测量领域：离子探针（阳离子探针Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋，Ｚｎ２＋，Ａｇ＋等）阴离子探针（Ｃｌ－，ＣＮ－，Ｆ－等），膜探针、活性氧和一氧化氮探针，极性探针、ＰＨ值探针等等。 １应用比率测量的阳离子探针： 各种各样的阳离子在生命活动中起重要的作用， 如构成细胞和生物体某些结构的重要成分，参与并调节生物体的代谢活动等，荧光方法通常用来测定阳离子在生物体不同组织的含量和分布。阳离子比率测量探针也在不断发展。 １．１ Ｃａ２＋检测的比率测量探针： 探针与Ｃａ２＋结合后出现光谱移位的探针可进行比率测量。主要包括：Ｆｕｒａ－２、双－ Ｆｕｒａ－２、Ｆｕｒａ－４Ｆ、Ｆｕｒａ－５Ｆ、Ｆｕｒａ－６Ｆ、 ｉｎｄｏ－１、ｉｎｄｏ－５Ｆ、ｍａｇ－Ｆｕｒａ－２
医学生物学 简答题重点整理
【细胞器标志酶】 内质网：葡萄糖-6-磷酸酶 高尔基体：糖基转移酶 溶酶体：酸性磷酸酶 过氧化物酶体：过氧化氢酶 【高尔基体的超微结构及功能】 高尔基体呈网状结构，是一种较为复杂的膜性细胞器，由扁平囊、小囊泡、大囊泡构成，内含多种酶，其标志酶为糖基转移酶。 扁平囊，高尔基体的主体部分，由3-10层平行排列，相邻囊间距20-30nm，每个囊腔宽6-15nm，其凸面称顺面或形成面，凹面称反面或成熟面；小囊泡，为直径30-80nm的球形小泡，膜厚6nm，多集中分布于扁平囊形成面与内质网间，由糙面内质网芽生而来，载有糙面内质网合成蛋白质成分转运至扁平囊中，又称运输小泡；大囊泡，直径100-500nm，膜厚8nm，多见于扁平囊周边或局部呈球状膨突而后脱落形成，带有扁平囊所含分泌物，有继续浓缩的作用，又称浓缩泡或分泌泡。 主要功能：参与细胞的分泌活动；对蛋白质进行修饰加工，如糖蛋白的合成修饰和蛋白质的改造；对蛋白质进行分选运输，如分泌蛋白、膜嵌蛋白、溶酶体蛋白的分选；形成溶酶体；参与膜的转变。【溶酶体的超微结构及功能】 溶酶体是单层膜包裹多种酸性水解酶的囊泡状细胞器，膜厚6nm，是直径0.25-0.5nm的圆形、卵圆形小体，可视为细胞内消化系统。
其标志酶为酸性水解酶。溶酶体膜上有氢离子泵，可保持内部酸性环境；膜内存在特殊的转运蛋白，可将消化水解的产物运出溶酶体；溶酶体膜的蛋白高度糖基化，可防止被自身的水解酶消化。 主要功能：消化作用，对外源性异物的消化称异噬作用，消化自身衰老和损伤的细胞器或细胞器碎片称自噬作用；自溶作用，指细胞内溶酶体膜破裂，消化酶释放入细胞质使细胞本身被消化；对细胞外物质的消化作用，指溶酶体通过胞吐作用将溶酶体酶释放到细胞外，消化分解细胞外物质。 【线粒体的半自主性】 线粒体中含有mtDNA，多为双链的环状分子，和细菌DNA相似，裸露而不与组蛋白结合，分散在线粒体基质不同区域。线粒体DNA具有遗传功能。线粒体含有自身特有的mRNA、tRNA和rRNA及其蛋白质合成的其他组分，可自主合成蛋白质。但mtDNA的基因数量不多，编码合成的蛋白质有限。mtDNA所用的遗传密码表与通用的遗传密码表也不完全相同。这说明线粒体的生物合成依靠两套遗传系统。而实现线粒体基因组复制与表达所需的许多酶，又是由核基因编码的，所以线粒体是半自主性的细胞器。 【细胞氧化】 细胞氧化是指依靠酶的催化，氧将细胞内各种供能物质氧化而释放能量的过程。其基本过程为： 酵解。在细胞质中进行。反应过程无需氧，故称为无氧酵解。葡萄糖等物质在细胞质中酵解形成丙酮酸。
荧光探针设计原理
荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。其主要组成部件有三个(图 1.1)：1．识别结合基团(R),能选择性地与被分析物结合,并使传感器所处的化学环境发生改变。这种结合可以通过配位键，氢键等作用实现。２．信号报告基团(发色团, F），把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。信号报告基团起到了信息传输的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号（荧光等)。3.连接基团(S),将信号报告基团和识别结合基团连接起来,根据设计的不同连接基团可有多种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。 图1．1 荧光探针的结构 1.1.1 荧光探针的一般设计原理 (1) 结合型荧光探针[２1］ +
Analyte Signalling subunit Space Binding subunit Output signal 图1．２ 共价连接型荧光探针 结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接起来的一类荧光探针,是比较常见的一类荧光探针。该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。在该类荧光化学传感器的设计中,必须充分考虑下列三个方面的因素。(ａ） 受体分子的荧光基团设计、合成:考虑到用于复杂环境体系的荧光检测，要求荧光基团要有强的荧光（高荧光量子产率，有利于提高检测的灵敏性）,Ｓｔｏｋｅs 位移要大（可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象)，荧光发射最好要在长波长区(最好位于5０0 nm 以上，可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰,另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命）。(b) 受体分子的识别基团：受体分子的识别基团设计以软硬酸碱理论、配位作用以及超分子作用力(如氢键、范德华力等）作为理论指导,多选择含氮、硫、磷杂环化合物作为识别分子。(ｃ) 荧光超分子受体的组装:组装荧光超分子受体就是利用一个连接基将识别基团和荧光基团通过共价键连接在一起,要充分考虑到识别基团和荧光
医学生物学重点
细胞学说的建立： “一切生物，包括单细胞生物、高等动物和植物都是由细胞组成的，细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位”。这就是著名的细胞学说(ce11theory)。细胞学说的基本内容 一切生物都是由细胞组成的 所有细胞都具有共同的基本结构 生物体通过细胞活动反映其生命特征 细胞来自原有细胞的分裂 细胞的基本定义 细胞是构成生物有机体的基本结构单位 细胞是代谢与功能的基本单位 细胞是生物有机体生长发育的基本单位 细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性 细胞的主要共性 所有细胞都具有选择透性的膜结构 细胞都具有遗传物质 细胞都具有核糖体 细胞膜又称细胞质膜(plasma membrane)是指包围在细胞表面的一层极薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白所组成。质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定，并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外，在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用 膜功能 界膜和细胞区域化；调节运输；功能定位与组织化；信号转导；参与细胞间的相互作用；能量转换 细胞核(nucleus) 细胞核由核膜、核仁、染色质(染色体)和核基质组成，是细胞内遗传信息贮
存、复制和转录的场所，也是细胞功能及代谢、生长、增殖、分化、衰老的控制中心。 核基质 在核液中存在着一个主要由非组蛋白纤维组成的网络状结构，被命名为核基质。由于它的形态与胞质骨架很相似，相互之间又有一定的联系，也被称为核骨架。 染色质与染色体 染色质是由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线性复合结构，是遗传物质在间期细胞的存在形式，常呈网状不规则的结构。染色体是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。 核糖体(ribosome) 核糖体普遍存在于真核细胞和原核细胞中，是专门用来合成蛋白质的细胞器，这种颗粒小体由rRNA和蛋白质组成。 内质网(endoplasmic reticulum，ER) 内质网是由一层单位膜形成的囊状、泡状和管状结构，并形成一个连续的网膜系统，广泛存在于真核细胞中，是细胞内生物大分子合成基地。光滑内质网是脂类合成的重要场所 。粗糙内质网主要功能是合成分泌蛋白、多种膜蛋白和酶蛋白。 能量转换细胞器 线粒体是普遍存在于真核细胞中的一种重要细胞器。由于线粒体是细胞进行氧化磷酸化并产生ATP的主要场所，细胞生命活动所需能量的80%是由线粒体提供的，因此被称为细胞的“动力工厂”。 生殖是生命的特征之一，通过生殖，生命才得以延续、繁衍并完成进化过程。无性生殖 无性生殖(asexual reproduction)是不经过生殖细胞的结合，由母体直接产生新个体的生殖方式。 有性生殖 有性生殖(sexual reproduction)是高等动、植物普遍存在的生殖方式，是经过两性生殖细胞(卵细胞和精子)的结合，形成合子的方式。 第一次减数分裂 前期Ⅰ：细线期（染色线(chromonema)染色粒(chromomere)）；偶线期（联会(synapsis)，联会复合体(synaptonemal complex)二价体(bivalent)）；粗线期（四分体(tetrad)非姐妹染色单体(non-sister chromatid)交叉(chiasma)和交
医学生物化学重点总结
第二章蛋白质的结构和功能 第一节蛋白质分子组成 一、组成元素： N为特征性元素，蛋白质的含氮量平均为16%.———--测生物样品蛋白质含量：样品含氮量×6.25 二、氨基酸 1。是蛋白质的基本组成单位，除脯氨酸外属L—α-氨基酸，除了甘氨酸其他氨基酸的α—碳原子都是手性碳原子。 2。分类：（1）非极性疏水性氨基酸：甘、丙、缬、亮、异亮、苯、脯，甲硫。(2）极性中性氨基酸:色、丝、酪、半胱、苏、天冬酰胺、谷氨酰胺。（3）酸性氨基酸：天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu。(4）(重）碱性氨基酸：赖氨酸Lys、精氨酸Arg、组氨酸His。 三、理化性质 1。两性解离:两性电解质，兼性离子静电荷+1 0 —1 PH 1.Fluo-3 AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo-3 AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fluo-3 AM的荧光非常弱，进入细胞后可以被细胞内的酯酶剪切形成Fluo-3，从而被滞留在细胞内，和细胞内游离 的钙离子结合，结合钙离子后可以产生较强的荧光。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长506nm 发射波长526nm （绿色） 备注推荐使用 2.Mag-fura-2 AM（钙离子荧光探针） 原理Fura-2 AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fura-2 AM进入细胞后可以被细胞内的酯酶剪切形成Fura-2，从而被滞留在细胞内。Fura-2可以和钙离子结合，结合 钙离子后在330-350nm激发光下可以产生较强的荧光，而在380nm激发光下则会 导致荧光减弱。这样就可以使用340nm和380nm这两个荧光的比值来检测细胞内 的钙离子浓度，可以消除不同细胞样品间荧光探针装载效率的差异，荧光探针的渗 漏，细胞厚度差异等一些误差因素。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长为340nm和380nm 发射波长510nm （蓝色） 备注仪器滤光片不适用 3Fluo-4-AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo 4 是一种将Fluo 3结构中的Cl替换成F的钙荧光探针。由于将Cl替换成了电子吸引力更强的F，它的最大激发波长会向短波长处偏离10 nm左右。所以用氩 激光器激发时，Fluo 4的荧光强度比Fluo 3强1倍。由于Fluo 4与钙离子的亲和力 和Fluo 3近似，所以使用上和Fluo 3也基本相同 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长494nm 发射波长516nm （绿色） 备注用激光器激发时荧光强度强，因此不推荐 4.DCFH-DA （活性氧荧光探针） 原理DCFH-DA本身没有荧光，可以自由穿过细胞膜，进入细胞内后，被细胞内的酯酶水解生成DCFH。而DCFH不能通透细胞膜，从而使探针很容易被装载到细胞内。细胞内的活性氧可以氧化无荧光的DCFH生成有荧光的DCF。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长485nm 发射波长520nm （绿色） 备注推荐使用 5.DHR 123 （活性氧荧光探针） 原理本身无荧光, 在超氧化酶存在时可被过氧化氢(H2O2)氧化, 转变成发射绿色荧光的罗丹明123 (Rhodamine 123), 因此广泛应用于检测细胞内活性氧(ROS), 如过氧化物, 次氯酸和过氧亚硝基阴离子等。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长507nm 发射波长529nm （绿色） 备注氧化后成罗丹明123，荧光强度可能受到线粒体膜电位的影响 6.RhodamineI23 （线粒体膜电位荧光探针） 原理细胞膜通透的阴离子绿色荧光染料, 能够迅速被活线粒体摄取, 而无细胞毒性。 生理意义标记线粒体膜电位 激发波长488nm 发射波长515 ~ 575nm （绿色） 生理意义检测线粒体膜电位 生物医学工程学科分支及相关研究进展 生物医学工程是一门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度,在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系,揭示其生命现象，为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科。有识之士认为，在新世纪随着自然科学的不断发展，生物医学工程的发展前景不可估量。生物医学工程学科是一门高度综合的交叉学科，这是它最大的特点。 生物医学工程的主干学科是生物医学工程二级学科主要包括如下方面： 1．学习科学：研究学习的规律，研究学生如何有效地从原有知识和能力,向新知识和能力的转移。 ２．生物信息技术：实现生物技术和信息技术以及其他学科的有机结合，发展生物信息高通量、高效、快速的提取方法,发展疾病检测的新方法和新技术，发展研究药物与靶标作用的新方法，发展基因组数据、蛋白质组数据和结构基因组数据的计算机处理、分析和可视化方法，解析生物大分子结构和功能之间关系等，提高生物信息处理、分析和利用的水平,为我国生命科学和生物技术的源头创新奠定基础。 3.医学图像与医学电子学:医学图像处理和分析、计算机辅助诊断和治疗、医学物理等，以及生物、医学和工程学等领域理论和方法,并通过这些学科的交叉形成了新型学科。 ４．生物与医学纳米技术：包括纳米生物材料、纳米生物器件研究、纳米生物技术在临床诊疗中的应用、纳米材料与器件的计算模拟。 5.生物医学材料:生物医用材料研究，用于人体、器官的诊断、修复、替换或增进其功能。 ６.医学信息学及工程:应用系统分析工具这一新技术（算法）来研究医学的管理、过程控制、决策和对医学知识科学分析。 学科内容 生物力学是运用力学的理论和方法，研究生物组织和器官的力学特性,研究机体力学特征与其功能的关系。生物力学的研究成果对了解人体伤病机理，确定治疗方法有着重大意义，同时可为人工器官和组织的设计提供依据。 生物力学中又包括有生物流变学(血液流变学、软组织力学和骨骼力学）、循环系统动力学和呼吸系统动力学等。目前生物力学在骨骼力学方面进展较快。 生物控制论是研究生物体内各种调节、控制现象的机理，进而对生物体的生理和病理现象进行控制，从而达到预防和治疗疾病的目的。其方法是对生物体的一定结构层次,从整体角度用综合的方法定量地研究其动态过程。 生物效应是研究医学诊断和治疗中,各种因素可能对机体造成的危害和作用。它要研究光、声、电磁辐射和核辐射等能量在机体内的传播和分布，以及其生物效应和作用机理。 生物材料是制作各种人工器官的物质基础，它必须满足各种器官对材料的各项要求，包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。由于这些人工器官大多数是植入体内的，所以要求具有耐腐蚀性、化学稳定性、无毒性，还要求与机体组织或血液有相容性。这些材料包括金属、非金属及复合材料、高分子材料等；目前轻合金材料的应用较为广泛。 医学影像是临床诊断疾病的主要手段之一，也是世界上开发科研的重点课题。 《生物工程进展》2000,Vol.20,No.2 荧光探针研究新进展 章晓波 徐 洵 (国家海洋局第三海洋研究所,厦门 361005) 摘要 自从Southern(1975)首次进行DNA探针杂交后,至今核酸分子杂交已成为分子生物学的最基本方法。Matthews和Kricka[1]总结了各种杂交方法,将其归为两大类:一是异相杂交(hetero2 geneous assay)即固相杂交,目的核酸结合于不溶性支持物上;二是同相杂交(homogeneous assay)即液相杂交,一般同时使用两个探针。为了检测杂交,寡核苷酸探针需要标记,探针的标记物有放射性同位素和非放射性标记物。固相杂交常使用放射性同位素,荧光素是一种非放射性标记物,它能检测到的DNA浓度比吸收减色测定方法所需DNA浓度低100-1000倍[2],在同相杂交中广泛用于探针的标记。最近,荧光探针研究获得了新的进展,Tyagi和Krammer(1996)建立了一种新的荧光探针-分子信标探针,并得到许多应用,我们实验室也开展了这方面的研究。本文拟对荧光探针的研究进展作一综述。 关键词 荧光探针 分子信标探针 荧光PCR 1 常规荧光探针 固相杂交中,探针非特异结合于支持物表面,降低了灵敏度。Heller等(1982)以及Heller和Morri2 son(1985)[3]最早进行了同相杂交试验,同相杂交不需支持物,减少了固定目的DNA及除去未杂交探针等操作。他们的试验中使用了两个探针,这两个探针分别与目标DNA的两个相邻区域互补,第1探针在3′末端标记,第2探针在5′末端标记,根据标记物的光谱特性,使第1标记物为第2标记物的能量供体。当探针与目标DNA杂交时,二探针彼此靠近,光吸收或化学反应激发供体标记物,通过能量转移引起受体标记物的激发,这样,第1标记物发射光的减少以及(或)第2标记物发射光的增加标志着目标DNA的存在。 后来Morris on等[3]扩展了这一方法,他们使用的两个探针互补且相应于目标DNA上同一碱基序列,一个探针在5′末端标记荧光素,另一互补探针在3′末端标记荧光素发射的淬灭剂芘丁酸(pyrenebutyrate)或磺基若丹明101(sulforhodamine101)。无目标DNA 时,两探针结合,荧光素的能量转移至淬灭剂,不产生荧光。存在目标DNA时,探针与目标DNA之间竞争杂交,由于探针与目标DNA的结合,在494-496nm 光照下,产生荧光,目标DNA浓度越高,荧光信号越强,最低可检测到4pM的目标DNA,此方法得到一些应用[2,4,5]。Cardullo等[4]在应用Morris on方法的同时,提出在两个互补探针的5′末端分别标记荧光素和四甲若丹明(T etramethylrhodamine),因为荧光共振能量转移(fluorescence res onance energy trans ferr FRET)的效率随供体和受体之间距离的-6次方而减少,当两者相距20个核苷酸(70!)即产生不明显的能量转移,因此此方法中所使用的探针长度较短,特异性降低。 2 分子信标探针 同相杂交一般同时采用两个标记探针,Tyagi 和Kramer(1996)[6]首次建立了分子信标探针(molecular beacon probe),在同一寡核苷酸探针的5′末端标记荧光素、3′末端标记淬灭剂(DABCY L)。分子信标探针能形成发夹结构,探针的噜扑环与目的DNA碱基互补,噜扑环两侧为与目的DNA无关的碱基互补的臂。无目的DNA时,探针形成发夹结构,荧光素靠近淬灭剂,荧光素接受的能量通过共振能量转移至淬灭剂,DABCY L吸收能量后以热量形式消失,结果不产生荧光。当探针遇到目的DNA 分子时,形成一个比两臂杂交更长也更稳定的杂交,探针自发进行构型变化,便两臂分开,荧光素和淬灭剂随之分开,此时在紫外照射下,荧光素产生荧光。 影响分子信标探针构型变化的参数主要有[6]:臂长、臂序列GC含量、噜扑环长度和溶液盐浓度,尤其是二价阳离子如Mg2+对两臂形成的杂交茎有较强的稳定作用,在Mg2+存在条件下,4～12个核 41 线粒体： 1.呼吸链（电子传递链）Respiratory chain一系列能够可逆地接受和释放H+和e-的化学物质所组成的酶体系在线粒体内膜上有序地排列成互相关联的链状。 2.化学渗透假说（氧化磷酸化偶联机制）：线粒体内膜上的呼吸链起质子泵的作用，利用高能电子传递过程中释放的能量将H+泵出内膜外，造成内膜内外的一个H+梯度（严格地讲是离子的电化学梯度），A TP合酶再利用这个电化学梯度来合成A TP。 3.电子载体:在电子传递过程中与释放的电子结合并将电子传递下去的物质称为电子载体。参与传递的电子载体有四种∶黄素蛋白、细胞色素、铁硫蛋白和辅酶Q，在这四类电子载体中，除了辅酶Q以外，接受和提供电子的氧化还原中心都是与蛋白相连的辅基。 4.阈值效应：突变所产生的效应取决于该细胞中野生型和突变型线粒体DNA的比例，只有突变型DNA达到一定数量（阈值）才足以引起细胞的功能障碍，这种现象称为阈值效应。 5.导向序列：将游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号称为导向信号，或导向序列，由于这一段序列是氨基酸组成的肽，所以又称为转运肽。 6.信号序列：将膜结合核糖体上合成的蛋白质的N-端的序列称为信号序列，将组成该序列的肽称为信号肽。 7.共翻译转运：膜结合核糖体上合成的蛋白质通过定位信号，一边翻译，一边进入内质网，由于这种转运定位是在蛋白质翻译的同时进行的，故称为共翻译转运。 8.蛋白质分选：在膜结合核糖体上合成的蛋白质通过信号肽，经过连续的膜系统转运分选才能到达最终的目的地，这一过程又称为蛋白质分选。 核糖体： 1.原核生物mRNA中与核糖体16S rRNA结合的序列称为SD序列(SD sequence) 。 2.核酶：将具有酶功能的RNA称为核酶。 3.N-端规则(N-end rule): 每一种蛋白质都有寿命特征，称为半衰期(half-life)。研究发现多肽链N-端特异的氨基酸与半衰期相关，称为N-端规则。 4.泛素介导途径：蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素(ubiquitin)介导,故称为泛素降解途径。蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程:一是对被降解的蛋白质进行标记,由泛素完成;二是蛋白酶解作用,由蛋白酶体催化。 细胞核： 1.核内膜：有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体），膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质，即核纤层（nuclear lamina），可支持核膜。 核外膜：靠向细胞质的一层，是内质网的一部分，胞质面附有核糖体 核周隙：内、外膜之间有宽20~40nm的腔隙，与粗面内质网腔相通 核孔复合体：内、外膜融合处，物质运输的通道 核纤层：内核膜内表面的纤维网络，支持核膜，并与染色质、核骨架相连。 2.核孔复合体：是细胞核内外膜融合形成的小孔，直径约为70 nm，是细胞核与细胞质间物质交换的通道。 3.核孔蛋白：参与构成核孔的蛋白质，可能在经核孔的主动运输中发挥作用。 核运输受体：参与物质通过核孔的主动运输。 核周蛋白: 是一类与核孔选择性运输有关的蛋白家族，相当于受体蛋白。 5.输入蛋白：核定位信号的受体蛋白, 存在于胞质溶胶中, 可与核定位信号结合, 帮助核蛋白进入细胞核。 输出蛋白：存在于细胞核中识别并与输出信号结合的蛋白质, 帮助核内物质通过核孔复合 精心整理 1. Fluo-3AM （钙离子荧光探针） 原理Fluo-3AM 是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fluo-3AM 的荧光非常弱，进入细胞后可以 被细胞内的酯酶剪切形成Fluo-3，从而被滞留在细胞内，和细胞内游离的钙离子结合，结合钙离子后可以产生较强的荧光。 生理意义细胞内钙离子增多是细胞损伤的结果，因此此探针能表征细胞损伤程度 激发波长506nm 发射波长526nm （绿色） 备注推荐使用 2. Mag-fura-2AM （钙离子荧光探针） 原理Fura-2AM 是一种可以穿透细胞膜的荧光染料。Fura-2 AM 进入细胞后可以被细胞内的酯 3 4. 成5. 原理本身无荧光,在超氧化酶存在时可被过氧化氢(H2O2)氧化,转变成发射绿色荧光的罗丹明 123(Rhodamine123),因此广泛应用于检测细胞内活性氧(ROS),如过氧化物,次氯酸和过氧亚硝基阴离子等。 生理意义检测细胞内活性氧表征细胞损伤程度 激发波长507nm 发射波长529nm （绿色） 备注氧化后成罗丹明123，荧光强度可能受到线粒体膜电位的影响 6. RhodamineI23（线粒体膜电位荧光探针） 原理细胞膜通透的阴离子绿色荧光染料,能够迅速被活线粒体摄取,而无细胞毒性。 生理意义标记线粒体膜电位 激发波长488nm 发射波长515~575nm （绿色） 生理意义检测线粒体膜电位 备注正在使用 7.Hoechst33342（DNA荧光探针） 原理Hoechst33342是一种可对DNA染色的细胞核染色试剂，常用于细胞凋亡检测。Hoechst 染料可透过细胞膜在聚AT序列的富集区域的小沟处与DNA结合并对DNA染色而发出强 烈的蓝色荧光。 生理意义标记双链DNA 激发波长355nm发射波长465nm（蓝色） 备注正在使用 8.FDA 原理FDA可透过细胞膜并作为荧光素积蓄在活细胞内。 生理意义反映细胞膜完整性和细胞活力 9.PI（ 倍。 10.EB 11.DAPI 20 12.CalceinAM 原理Calcein-AM由于在Calcein(钙黄绿素)的基础上加强了疏水性，因此能够轻易穿透活细胞膜。当其进入到细胞质后，酯酶会将其水解为Calcein(钙黄绿素)留在细胞内,发出强绿色 荧光，且细胞毒性很低，适合用于活细胞染色。 生理意义检测细胞膜完整性 激发波长494nm发射波长517nm（绿色） 备注跟FDA功能类似，细胞毒性很低，可以长时间标记细胞，但价格比较贵 13.BCECF-AM(pH荧光探针) 原理BCECF-AM是一种可以穿透细胞膜的荧光染料，BCECF-AM没有荧光，进入细胞后被细胞内的酯酶水解成BCECF，从而被滞留在细胞内。BCECF在适当的pH值情况下可以被激发 形成绿色荧光。 生理意义检测细胞内pH （生物科技行业）生物医学工程学科分支及研究进展 生物医学工程学科分支及相关研究进展 生物医学工程是壹门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病、治病提供新的技术手段的壹门综合性、高技术的学科。有识之士认为，在新世纪随着自然科学的不断发展，生物医学工程的发展前景不可估量。生物医学工程学科是壹门高度综合的交叉学科,这是它最大的特点。 生物医学工程的主干学科是生物医学工程二级学科主要包括如下方面： 1.学习科学：研究学习的规律，研究学生如何有效地从原有知识和能力，向新知识和能力的转移。 2.生物信息技术：实现生物技术和信息技术以及其他学科的有机结合，发展生物信息高通量、高效、快速的提取方法，发展疾病检测的新方法和新技术，发展研究药物和靶标作用的新方法，发展基因组数据、蛋白质组数据和结构基因组数据的计算机处理、分析和可视化方法，解析生物大分子结构和功能之间关系等，提高生物信息处理、分析和利用的水平，为我国生命科学和生物技术的源头创新奠定基础。 3.医学图像和医学电子学：医学图像处理和分析、计算机辅助诊断和治疗、医学物理等，以及生物、医学和工程学等领域理论和方法，且通过这些学科的交叉形成了新型学科。 4.生物和医学纳米技术：包括纳米生物材料、纳米生物器件研究、纳米生物技术在临床诊疗中的应用、纳米材料和器件的计算模拟。 5.生物医学材料：生物医用材料研究，用于人体、器官的诊断、修复、替换或增进其功能。 6.医学信息学及工程：应用系统分析工具这壹新技术（算法）来研究医学的管理、过程控制、决策和对医学知识科学分析。 学科内容 生物力学是运用力学的理论和方法，研究生物组织和器官的力学特性，研究机体力学特征和其功能的关系。生物力学的研究成果对了解人体伤病机理，确定治疗方法有着重大意义，同时可为人工器官和组织的设计提供依据。 生物力学中又包括有生物流变学(血液流变学、软组织力学和骨骼力学)、循环系统动力学和呼吸系统动力学等。目前生物力学在骨骼力学方面进展较快。 生物控制论是研究生物体内各种调节、控制现象的机理，进而对生物体的生理和病理现象进行控制，从而达到预防和治疗疾病的目的。其方法是对生物体的壹定结构层次，从整体角度用综合的方法定量地研究其动态过程。 生物效应是研究医学诊断和治疗中，各种因素可能对机体造成的危害和作用。它要研究光、声、电磁辐射和核辐射等能量在机体内的传播和分布，以及其生物效应和作用机理。 生物材料是制作各种人工器官的物质基础，它必须满足各种器官对材料的各项要求，包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。由于这些人工器官大多数是植入体内的，所以要求具有耐腐蚀性、化学稳定性、无毒性，仍要求和机体组织或血液有相容性。这些材料包括金属、非金属及复合材料、高分子材料等；目前轻合金材料的应用较为广泛。 医学影像是临床诊断疾病的主要手段之壹，也是世界上开发科研的重点课题。医用影像设备主要采用X射线、超声、放射性核素磁共振等进行成像。 X射线成像装置主要有大型X射线机组、X射线数字减影(DSA)装置、电子计算 有机化学 Chinese Journal of Organic Chemistry ARTICLE * E-mail: yuhaibo@https://www.sodocs.net/doc/5812366404.html, Received September 23, 2014; revised November 18, 2014; published online December 2, 2014. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (21302080). Program Funded by Liaoning Province Education Administration (L2014010). 国家自然科学基金(No.21302080)，辽宁省教育厅科研项目(No.L2014010)资助项目. DOI: 10.6023/cjo201409036 研究论文 基于EET 机理比率型荧光探针的研究进展 陈忠林a 李红玲a 韦驾a 肖义b 于海波a ,* (a 辽宁大学 环境学院 沈阳 110036) （b 大连理工大学 精细化工国家重点实验室 大连 116024) 摘要 激发态能量转移（Excitation Energy Transfer, EET ）作为一类重要的光物理现象，被广泛用于比 率型荧光探针和分子灯标的设计以及DNA 检测等多个领域。影响EET 效率的两个重要因素是供受体间的空间距离和光谱交盖，通过调节供受体间的空间距离或光谱重叠程度来调控能量转移过程，实现对目标客体的双波长比率检测。本文综述了基于不同供受体荧光团的EET 体系、供受体间的连接方式对能量转移效率的影响，以及通过调控供受体间光谱重叠程度或空间距离，获得识别不同客体的比率型荧光探针，并对EET 机理的比率型荧光探针的设计以及未来在生物成像和医学检测等领域的应用进行了展望。 关键词 荧光探针; 激发态能量转移; F?rster 能量转移; 比率型荧光探针; 荧光发色团 Recent Progress in Ratiometric Fluorescent Probes Based on EET Mechanism Chen Zhonglin a Li Hongling a Wei Jia a Xiao Yi b Yu Haibo a * (a College of Environmental Sciences, Liaoning University, Shenyang) (b State Key Laboratory of Fine Chemicals, Dalian University of Technology, Dalian) Abstract Excitation Energy Transfer (EET) is one of the vital photophysical phenomenons, which is wide-ly used in many applications, such as the design of ratiometric fluroesent probes, molecular beacon and DNA analysis, and so on. The process of energy transfer from donor to acceptor can be regulated by two factors: the spatial distance between donor and acceptor, and the spectral overlaps between donor’s emission and acceptor’s absorption, which results that there is a wide variety in the ratio at two different wavelengths of ratiometric fluo-rescent probes. In this review, noticeable EET systems with different donor fluorophore, connection form and energy transfer efficiency between donor and acceptor, and the modulation of spatial distance or spectral overlap are summarized. Finally, as a promising tool, the future developing prospects of EET fluorescent probes in bioi-maging and medical diagnostics are discussed and highlighted. Keywords Fluorescent probe, Excitation energy transfer, F?rster resonance energy transfer, Ratiometric probe, Fluorophore 随着荧光显微成像技术和时间分辨技术的迅速发展，基于超分子化学和有机染料的荧光探针现已成为研究生物学和医学领域相关问题的重要工具。荧光探针在与目标客体相互作用过程中荧光信号会发生改变，借助于荧光信号的变化，荧光探针能够对目标客体进行实时在线的检测或监测，并被广泛用于分析化学，生物化学，医学和环境监测等多个领域[1]。荧光探针主要有三种类型：淬灭型、增强型和比率型。由于增强型荧光探针在与目标客体作用后，荧光输出信号增强，在荧光显微成像中比淬灭型荧光探针更为灵敏，故增强型荧光探针是目前荧光探针领域设计的主流[2]。 与增强型荧光探针相比，比率型荧光探针在定量检测方面具有明显的优势，近些年来，比率型荧光探针的设计 《医学生物化学》各章节知识点习题及参考答案 （单项选择题） 第一章蛋白质化学 1.盐析沉淀蛋白质的原理是( ) A. 中和电荷，破坏水化膜 B. 与蛋白质结合成不溶性蛋白盐 C. 降低蛋白质溶液的介电常数 D. 调节蛋白质溶液的等电点 E. 使蛋白质溶液的pH值等于蛋白质等电点 提示：天然蛋白质常以稳定的亲水胶体溶液形式存在，这是由于蛋白质颗粒表面存在水化膜和表面电荷……。具体参见教材17页三、蛋白质的沉淀。 2.关于肽键与肽，正确的是( ) A. 肽键具有部分双键性质 B. 是核酸分子中的基本结构键 C. 含三个肽键的肽称为三肽 D. 多肽经水解下来的氨基酸称氨基酸残基 E. 蛋白质的肽键也称为寡肽链 提示：一分子氨基酸的α－羧基和一分子氨基酸的α－氨基脱水缩合形成的酰胺键，即 -CO-NH-。氨基酸借肽键联结成多肽链。……。具体参见教材10页蛋白质的二级结构。 3.蛋白质的一级结构和空间结构决定于( ) A. 分子中氢键 B. 分子中次级键 C. 氨基酸组成和顺序 D. 分子内部疏水键 E. 分子中二硫键的数量 提示：多肽链是蛋白质分子的最基本结构形式。蛋白质多肽链中氨基酸按一定排列顺序以肽键相连形成蛋白质的一级结构。……。具体参见教材20页小结。 4.分子病主要是哪种结构异常（） A. 一级结构 B. 二级结构 C. 三级结构 D. 四级结构 E. 空间结构 提示：分子病由于遗传上的原因而造成的蛋白质分子结构或合成量的异常所引起的疾病。蛋白质分子是由基因编码的，即由脱氧核糖核酸（DNA）分子上的碱基顺序决定的……。具体参见教材15页。 5.维持蛋白质三级结构的主要键是( ) A. 肽键 B. 共轭双键 C. R基团排斥力 D. 3'，5'-磷酸二酯键 医学生物学知识点 医学生物学知识点 第一章生命的特征与起源 1.生命的基本特征★★★(9条 p7-p9) ①生命是以核酸与蛋白质为主导的自然物质体系 ②生命是以细胞为基本单位的功能结构体系 ③生命是以新陈代谢为基本运动形式的自我更新体系 ④生命是以精密的信号转导通路网络维持的自主调节体系 ⑤生命是以生长发育为表现形式的“质”“量”转换体系 ⑥生命是通过生殖繁衍实现的物质能量守恒体系 ⑦生命是以遗传变异规律为枢纽的综合决定体系 ⑧生命是具有高度时空顺序性的物质运动演化体系 ⑨生命是与自然环境的协同共存体系 第二章生命的基本单位-细胞 1.细胞的发现(时间、人物)（P10） 1665年，英国物理科学家胡克。 2.细胞学说的基本内容(4条)p13 ①一切生物都是由细胞组成的 ②所有细胞都具有共同的基本结构 ③生物体通过细胞活动反映其生命特征 ④细胞来自原有细胞的分裂 3.细胞的基本定义(4条)p14 ①细胞是构成生物有机体的基本结构单位。一切有机体均由细胞构成（病毒为非细胞形态的生命体除外）； ②细胞是代谢与功能的基本单位。在有机体的一切代谢活动与执行功能过程中，细胞呈现为一个独立的、有序的、自动控制性很强的独立代谢体系； ③细胞是生物有机体生长发育的基本单位。生物有机体的生长与发育是依靠细胞的分裂、细胞体积的增长与细胞的分化来实现的。绝大多数多细胞生物的个体最初都是由一个细胞——受精卵，经过一系列过程发育而来的; ④细胞是遗传的基本单位，具有遗传的全能性。人体内各种不同类型的细胞，所含的遗传信息都是相同的，都是由一个受精卵发育来的，他们之所以表现功能不同是有于基因选择性开放和表达的结果。 4.细胞体积守恒定律(p14) 器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，这种关系有人称为“细胞体积守恒定律”。 5.细胞的主要共性(3条) ①所有细胞都具有选择透性的膜结构 ②细胞都具有遗传物质 ③细胞都具有核糖体 6.真核细胞和原核细胞的主要区别★★★(表2-1)荧光探针汇总
生物医学工程学科分支及研究进展
荧光探针研究新进展
医学细胞生物学知识点归纳
荧光探针汇总
2020年(生物科技行业)生物医学工程学科分支及研究进展
基于EET机理比率型荧光探针的研究进展
《医学生物化学》各章节知识点习题及参考答案(单项选择题)
医学生物学知识点资料