荧光量子点
荧光量子点探针在生物医学中的应用进展
杨冰冰1302班2013113010222
【摘要】量子点(半导体纳米微晶体)作为一种新型荧光探针,在生物医学领域中应用已引起国内外科学工作者的极大关注。文章主要概括了荧光量子点在活细胞荧光标记及组织光学成像、肿瘤细胞示踪及检测、荧光免疫分析和微生物学等方面的应用。
【关键词】荧光量子点探针生物标记
量子点(quantumdots,QDs)又称半导体纳米微晶体,是一种由0族元素组成的能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒,其颗粒直径一般约为1~100nm。由于其具有独特的量子尺寸效应和表面效应,表现出优良的光谱特征和光化学稳定性,许多科学工作者已经尝试着将其应用于生物学领域,并且取得了一定的进展。本文将主要评述荧光量子点探针在生物医学中的应用进展。
一，活细胞荧光标记及组织光学成像
细胞或细胞组分成像的标准方法是用荧光物质对相关部位进行标记,量子点作为纳米尺寸的晶体,有着独特的光化学和光物理学特性,使其不仅适合单分子成像,也可以进行组织整体的成像研究。Chen 等首次报道了将量子点与标记分子复合物通过转染进入细胞核,在实验中他们将量子点与SV40(猴病毒40)大的T抗原核定位信号(NLS)结合,并经转染进入活细胞,通过荧光成像系统监测到复合物从细胞质到细胞核的运动过程。这一工作首次将量子点用于细胞核中进行长时程生物现象观测,提供了一种新的无细胞毒性成像技术。Wu等证明
了量子点标记抗体能特异地识别亚细胞水平的分子靶点。他们用量子点标记的羊抗鼠IgG作为二抗,结合抗Her2单克隆抗体,观察到了乳腺癌细胞表面的Her2。用抗生物素蛋白交联具有不同发射光谱特征的量子点,配合生物素标记的二抗和特异性单抗,不仅能同时识别细胞表面的Her2和核抗原,也能同时识别胞浆微管蛋白和核抗原。与有机荧光染料Alexa488比较,量子点发射的荧光较强而且不被激发光淬灭。Jaiswal等基于量子点荧光的稳定性,用DHLA包被的量子点与活细胞于37e共孵育,观察到量子点通过内吞作用进入细胞,也观察到交联生物素的量子点进入生物素化的细胞。进入细胞的量子点不影响细胞的形态和生长,培育12d还可看到细胞内的量子点荧光。Lidke 等应用QDs的荧光示踪EGF与其受体erbB1的结合和信号转导过程,直接实时动态观察到一个信号分子与细胞膜结合通过细胞丝足、胞吞内化,以及与erbB2、erbB3相互作用的全过程,直观显示了癌细胞信号转导的过程,这表明QDs为研究活细胞内的信号传递及其分子机制开辟了一条新的途径。
二，肿瘤细胞示踪及检测
将基于量子点荧光探针建立的光学成像技术应用于肿瘤的早期诊断有着巨大潜力,这是一项灵敏的、非电离性、花费相对便宜的技术。Nida等将量子点连接的表皮生长因子受体与抗生长因子抗体形成共轭对来探测宫颈癌前期生物学标志物,结合光学成像技术,显示宫颈癌在分子水平的变化,有助于肿瘤的早期诊断。Kim等将近红外QDs以4.0@10-7mol/L的浓度分别注射入小鼠前爪及猪腹股沟皮下,
在卤灯激发下实现了腋窝及腹股沟皮下1cm深度的前哨淋巴结的精确定位成像,克服了放射性核素和X射线对淋巴系统造成的放射性损伤和定位特异性不强的缺点,有助于临床外科医生对前哨淋巴结的术前精确定位和在病理诊断中对切除组织的准确分析。Sukhanova等应用抗p糖蛋白抗体作为一抗,QDs偶联多价二抗进行荧光成像,清晰地显示了p糖蛋白在乳腺癌细胞膜的分布情况,效果远远优于FITC等其他荧光染料。付志英等在量子点表面成功修饰了羊抗小鼠IgG和聚乙二醇,制备功能化的水溶性QDs荧光探针,利用探针对胃癌细胞相关抗原CA242进行了检测,所建立的胃癌细胞QDs荧光探针检测方法在光稳定性和灵敏度方面比传统的基于荧光染料标记的免疫荧光分析有明显改善,从而为CA242的相关检测以及胃癌的诊断与愈后判断提供了新方法,极具临床实用价值。
三，荧光免疫分析
量子点荧光探针还可以用于荧光免疫分析。1998年,Chan等1142发现在牛血清白蛋白(BSA)中,多克隆抗体能识别量子点标记的免疫球蛋白(IgG),使量子点聚集在一起;相反如果没有这种抗体,QD-IgG 结合体就良好地分散于BSA中。这一试验结果证明用量子点标记的免疫球蛋白分子能识别专一的抗原和抗体。Goldman等也将量子点与抗体结合,对葡萄球菌肠毒素和2,4,6-三硝基甲苯进行了荧光免疫分析。后来,Goldman等又将抗生物素蛋白作为一种受体蛋白与量子点连接,从而使量子点可以与生物素化的蛋白偶联。这种受体蛋白为将抗体连接到QDs荧光探针上提供了一种分子连接的桥梁,也使抗体与
其偶联物能应用于荧光免疫分析。应用这种方法检测毒素,如SEB、choleratoxin等,可以达到用有机染料进行标记的同等检测限。2004年Goldman等1172又用4种不同颜色的量子点分别与抗霍乱毒素、蓖麻毒素、志贺菌毒素和葡萄球菌肠毒素B的抗体偶联,在同一个微孔板上进行4种毒素的同时检测。Lingerfelt等1182也用交联生物素的量子点对葡萄球菌肠毒素B进行了免疫色谱检测,这种方法的检测限最低可达10ng/mL。量子点技术在各个领域的蓬勃发展足以引起相关研究人员的高度重视,作为一类理想的荧光探针,量子点很高的荧光强度和荧光稳定性使我们可以用它来进行病理组织标本的检测以及疾病的诊断,可以为其它学科的基础研究提供一种新的手段和方法。根据量子点的多色性,我们还可以进行多种抗原的同时检测,从而可以简化检测过程,缩短检测时间。量子点在兽药的多残留检测方面也具有发展潜力。我们还可以探讨将量子点与兽药分子结合添加到饲料中,以此来研究药物分子在动物体内的代谢过程,从而为临床用药提供依据。将量子点用于活体内目标分子的实时、动态检测是目前一个发展方向,另外,应用多色量子点进行多组分的同时检测也是目前的一个发展热点。
总之,量子点荧光探针在生物学中的应用是一个方兴未艾和值得高度重视的新领域,随着量子点荧光探针技术的不断发展和完善,必然会给药物筛选、疾病筛查、基因测序等多个生物医学研究领域带来新的发展契机。
量子点的应用—一种新型的荧光定量检测技术
中国兽医杂志２００７年（第４３卷）第６期６９量子点的应用一一种新型的荧光定量检测技术 徐飞，丁双阳 （中国农业大学动物医学院，北京海淀１０００９４） 中图分类号：￥８５９．８４文献标识码：Ｅ文章编号：０５２９—６００５（２００７）０６—００６９—０２ 半导体量子点，简称量子点（ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ，ＱＤＳ），即材料的尺寸在三维空间进行约束并达到一定的临界尺寸（，－－Ｉ抽象为一个点），因此其表现出许多独特的光、电特性，特别是Ⅱ～ｙｌ族荧光量子点（如ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等），一直以来都是人们研究的热点‘１｜。 传统上，这些材料一般用于电子、物理和材料工程领域，而１９９８年美国加州伯克里大学的Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ小组和印第安纳大学Ｎｉｅ小组几乎同时提出荧光量子点可应用于生物标记这一思想，并同时在（（Ｓｃｉｅｎｃｅ》发表了相应的研究结果，开创了荧光量子点在生物技术中研究应用的先河。随后，生物化学、分子生物学、细胞生物学、蛋白质组学、医学诊断、药物筛选和荧光检测等领域都不同程度的开展了相关的研究，取得了可喜的研究成果，而且荧光量子点在其他领域的新应用也如雨后春笋般涌现。本文重点综述了量子点的特性及其在荧光定量检测应用中的研究进展，并对其在食品安全检测方面的发展前景予以展望。 １与传统有机染料相比，量子点有以下的优势１．１量子点是无机半导体材料，激发谱宽，发射谱窄。可以通过单一波长激发，产生多种可被同时检测的发射颜色，因此可用于多色标记。而传统的有机染料正好与之相反。 １．２量子点的稳定性要远远高于有机染料分子。有资料表明，大约是１００倍。这点足以实现对一些生物过程的长时间跟踪标记。 １．３量子点通过调整粒径的大小得到不同颜色的荧光，使用一种偶联方法就可实现多色标记。而对于有机染料分子是不可能达到的［１］。 ２量子点在荧光检测中的应用 ２．１常规荧光检测法量子点在常规的荧光检测中的应用主要是荧光淬灭法。一些本身不发荧光的被分析物质可以使某种荧光化合物发生荧光淬灭，通过测量荧光化合物荧光强度的下降，可以间接的测定该物质的浓度。目前，我国对这方面的研究比较多，主要针对一些毒离子定量和快速测定。 严拯宇等［２３于２００５年首次报道了应用量子点进行药物分析的研究，建立了一种测定中药饮片中 收稿日期：２００６—０９—１１ 项目来源：国家自然科学基金项目（３０６７１５８５） 作者简介：徐飞（１９８１一），女，硕士生，主要从事兽医药理与毒理实验研究 通讯作者：丁双阳，Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｓｙ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ微量铜残留的方法。ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点表面用牛血清白蛋白修饰后作为荧光探针，而Ｃｕ２＋在ｐＨ ７．４的缓冲液中的能使其发生荧光淬灭，因而间接测定了铜的含量。研究表明，Ｃｕ２＋浓度在０．６～６．０ ｎｇ／ｍｌ范围内有良好的线性关系（ｒ＝０．９９８９），检测限为０．１ｎｇ／ｍｌ，回收率在９３．６％～１０８．０％。而后，赖艳等［３３于２００６年也建立了一种测定微量铜的荧光检测方法并且对人发样品和茶叶样品做了检测。 研究表明，该方法干扰小，特异性强，反应灵敏，线性范围为４１．５～２４８．８ｎｇ／ｍｌ（ｒ＝０．９９２１），检出限为 ８．５ｎｇ／ｍｌ。 随着量子点在生物领域的应用日益广泛，人们也开始尝试着利用其进行生物大分子的测定。２００６年徐靖等［４］应用水相合成的ＣｄＴｅ／ＣｄＳ核壳型量子 点荧光探针成功的测定ＤＮＡ的含量。以巯基丙酸（ＨＳ。ＣＨ：ＣＨ。ＣＯＯＨ）为稳定剂水相合成了核壳型ＣｄＴｅ／ＣｄＳ量子点。基于ＤＮＡ对量子点荧光的淬灭 效应，建立了一种测定ＤＮＡ的荧光分析法，同时详细研究了ｐＨ、量子点浓度、离子强度、温度等条件对量子点荧光及ＤＮＡ测定的影响。研究表明，该方法 测定ｃｔＤＮＡ线性范围为５０．Ｏ～７５０．０ｎｇ／ｍｌ，检出限为２０ｎｇ／ｍｌ，７次重复测定５００ｎｇ／ｍｌｃｔＤＮＡ的相对标准偏差为２．０％。此方法简便快速，适用于合 成样品的测定。 ２．２免疫荧光检测方法美国华盛顿的Ｇｏｌｄｍａｎ研究小组长期以来一直致力于量子点标记抗体进行 免疫荧光检测的研究并取得了卓著的成果。首先，他们使用了一种重组蛋白作为ＱＤｓ和抗体的偶联物，通过静电作用完成对抗体的标记。而后，他们又寻找到了一种更为优秀的偶联物一生物素。生物素和亲和素既可偶联抗体等生物大分子，又可与多种标记物结合；生物素化的抗体还保持着原有的活性；１分子亲和素可与４分子的生物素结合，而结合力是抗原抗体反应的１万倍，从而产生多级放大效应，大大提高检测的灵敏度。２００３年［５］，他们应用此方法成功的检测了葡萄球菌Ｂ型肠毒素的含量，检测限为１０ｎｇ／ｍｌ。２００４年，Ｇｏｌｄｍａｎ等¨］用夹心免疫法同时检测霍乱毒素、蓖麻毒素、志贺样毒素１、葡萄球菌肠毒素Ｂ等４种毒素的混合物。实验表明，这种ＱＤｓ一抗体偶联物，既能同时检测，又可以进行定量分析。 此外，ＭｅｇａｎＡ等［７］也利用亲和素标记的ＣｄＳｅ／ＺｎＳ核壳型量子点，检测了大肠杆菌ＯⅢ：Ｈ，血清型病原的单个细胞，并把传统的有机染料和ＱＤｓ的作用进行对比，结果发现，ＱＤｓ标记的细胞检测限 万方数据
量子点与生物标记
量子点与生物标记 应化1002班王艳 荧光分析法是生物学研究中十分重要的方法之一,其检测灵敏度很大程度上取决于标记物的发光强度和光化学稳定性。目前使用的大多数荧光试剂如有机荧光染料等存在着光学稳定性较差、激发光谱范围窄、发射光谱较宽、与生物分子的背景荧光难以区分等不可忽视的弱点,导致应用中灵敏度下降。量子点作为一种新型的荧光纳米材料,弥补了有机染料的上述缺点,引起分析化学和生命科学领域的广泛关注。 量子点即半导体纳米粒子，也称半导体纳米晶,是指半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒。它们由n-VI族或n l-V族元素组成，性质稳定，能够接受激发光产生荧光，具有类似体相晶体的规整原子排布。在量子点中，载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。需要指出的是，并非小到100nm以下的材料就是量子点，真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时，才称之为量子点。 量子点独特的性质基于它自身的量子效应，当颗粒尺寸进入纳米量级时，尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应，从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性，展现出许多不同于宏观材料的物理化学性质 作为荧光探针，量子点的光学特性比在生物荧光标记中常用的传统有机染料有明显的优越性: (l)宽的激发波长范围及窄的发射波长范围，可以使用小于其发射波长的任意波长激发光来激发，并且可以通过改变QDs的物理尺寸对荧光峰位进行调控。这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点，从而发射出不同波长的荧光，进行多元荧光检测。相反多种染料的荧光(多种颜色)往往需要用多种激光加以激发，这样不仅增加了实验费用，而且使分析系统变得更加复杂。此外，由于QDs的这种光学特性，可以在其连续的激发谱中选取更为合适的激发波长，从而使生物样本的自发荧光降到最低点，提高分辨率和灵敏度。 (2) 量子点具有较大的斯托克斯位移(stokes shift)，能够避免发射光谱与激发光谱的重叠，从而允许在低信号强度的情况下进行光谱学检测。生物医学样本通常有很强的自发荧光背景，有机荧光染料由于其Stokes位移小，检测信号通常会被强的组织自发荧光所淹没，而Q Ds的信号则能克服自发荧光背景的影响，从背景中清楚地辨别检测信号。QDs的荧光发射光谱相对狭窄，因此能同时显现不同颜色而无重叠，这样就能在实验中同时进行不同组分的标记。 (3) 量子点的发射峰窄而对称，重叠小，相互干扰较小，在一定程度上克服了光谱重叠所带来的问题。 (4) 量子点的发射波长可通过控制其大小和组成调节，因而有可能任意合成发射所需波长的量子点，大小均匀的量子点谱峰为对称的高斯分布; 此外，量子点hiP、InAs能够发射700~1500nm多种波长的荧光，可以填补普通荧光分子在近红外光谱范围内种类很少的不足。对于一些不利于在紫外和可见区域进行检测的生物材料，可以利用半导体量子点在红外区域染色，进行检测，完全避免紫外光对生物材料的伤害，特别有利于活体生物材料的检测，同时大幅度降低荧光背景对检测信号的干扰。 (5) 量子点的抗光漂白能力强,有高度光化学稳定性,是普通荧光染料的100
生物医学荧光量子点功能材料的应用
生物医学荧光量子点功能材料的应用量子点（quantumdot，QD）又称为半导体纳米微晶体（semiconductornanocrystal）材料，由Ⅱ-Ⅱ族或Ⅱ-Ⅱ族元素组成，粒径为1~100nm，是小于或接近激子玻尔半径的半导体纳米颗粒[1]。荧光量子点功能材料是一种新兴的无机发光纳米材料，因其独特的光学性能、电学和光电性质，克服了细胞在可见光区的自发荧光对标记分子所发信号的掩盖现象，较好地实现对所研究分子的长时间荧光标记观察。因此，荧光量子点功能材料作为一种生物示踪的标志物，受到了越来越广泛的关注与研究，并已成为近期新的国内外研究热点。 1荧光量子点功能材料的基本特点及合成修饰方法 1.1荧光量子点功能材料的基本特点 探索和发展高灵敏度的非同位素检测方法一直是生物医学研究领域十分关注的课题，其中使用有机荧光染料来标记细胞是广泛应用的方法之一。传统的荧光染料有着不可逾越的缺陷：较宽的发射光谱和较窄的激发光谱，在多种成分同时成像时容易造成荧光光谱的重叠，导致了荧光探针数量较少；荧光染料性质不稳定，容易分解和漂白，其产物易对细胞造成破坏[2]。荧光量子点功能材料相比于传统的有机荧光分子，具有分子激发光谱特性好、发射光谱对称、吸收光谱宽而连续、荧光效率高、寿命长、光学化学稳定性、不易被生物活性物质降解等优点[3]。量子点的荧光发射波长可以通过改变荧光量子点的半径以及化学成分而得到，因此其荧光覆盖了从近紫外光到近红外光的光谱范围。量子点标记作为一种高灵敏度的非同位素检测方法，被认
为是有机荧光标记染料的合适替代物。 1.2荧光量子点功能材料的合成及修饰方法 荧光量子点功能材料的合成方法有溶胶法、溶胶凝胶法、微乳液法、电化学沉积法、气相沉积法等[4]，其制备研究早期，普遍使用产量低、粒径分布特性差的气相沉积法或者是水溶液中的共沉淀法。经过不断发展，荧光量子点功能材料的合成从有机金属法过渡到水相合成法，再到目前较为常用的溶胶法。如今，量子点的合成技术在粒径分布、荧光量子的产率及一次合成的数量上都有了明显的突破。荧光量子点材料的发光性质不仅同其合成技术有关，而且还与其表面所修饰的分子的结构性质密切相关。在荧光量子点材料修饰具有特异性识别目标物的生物分子或者其他化合物时，就可以利用荧光量子点的荧光增强、荧光淬灭、氧化还原的性质与待检测的底物联系起来或者发生反应，进而将其用于目标物的分析。如将荧光量子点材料用不同的金属离子来修饰，以构建新型的传感材料。一般情况下，合成的荧光量子点因表面覆盖一层疏水的配体而难以直接应用于以水溶液为微环境的生物医学检测领域，需要对其进行一定的修饰才能使其具有水溶性。目前，已经存在多种修饰荧光量子点的方法，如包覆法、化学交换法、疏水相互结合法等。 2荧光量子点功能材料在生物医学工程中的应用 荧光量子点材料在生物医学、药学、环境检测、食品卫生和公共安全等领域均有广泛的应用。由于其应用领域较为宽泛，因此本研究主要讨论荧光量子点功能材料在生物医学中的应用。按照基于荧光量
量子点的性质、合成及其表面修饰研究
量子点的性质、合成及其表面修饰研究 【摘要】近年来，量子点作为一种重要材料在多个领域成为研究热点，本文分别从量子点的性质、合成及其表面修饰三个方面概括介绍了量子点。明确量子点具有荧光效率高，激发光谱宽，发射光谱窄、稳定性好等优点，是一种新型的纳米材料；通过有机相和无机相可制备不同的量子点，由于无机相制备过程能控制表面电荷，引入特殊官能团，故无机相制备应用更为广泛；通过对量子点的表面修饰，有效的改善量子点水溶性较差，不能与生物大分子直接作用的问题，使得量子点在生物方面的应用进一步加强。 【关键词】量子点；性质；合成；表面修饰 量子点主要是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素组成的均一或核壳结构纳米颗粒，又称半导体纳米晶体。由于发生结构和性质发生宏观到微观的转变，其拥有独特的光、电、声、磁、催化效应，因此成为一类比较特殊的纳米材料。自1990年7月美国召开第一届纳米会议[1]，各国都在纳米技术方面给予巨大的投入，使得包括量子点技术在内的纳米技术飞速发展，其应用已突破原来的微电子和光电材料领域[2-3]。 1 量子点的基本特性 量子点的基本特性有：量子尺寸效应，表面效应，量子限域效应，宏观量子隧道效应，除此之外，量子点具有一些独特的光学效应[4]，这使得量子点较传统的荧光染料用来标记生物探针具有以下优势： （1）量子点具有宽的激发光谱范围，可以用波长短于发射光的光激发，并产生窄而对称的发射光谱，避免了相邻探测通道之间的干扰。而有机染料荧光分子激光光谱较窄，每一种荧光分子必须用固定波长的光来激发，而且产生的荧光峰较宽，且不对称，有些拖尾，这给区分不同的探针分子带来了困难，故很难用有机染料分子同时检测多种组分。 （2）量子点还可以“调色”，即通过调节同一组分粒径的大小或改变量子点的组成，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尺寸越小，发射光的波长越小。因此可用一个激发光源同时激发多个不同尺寸的量子点，使它们发出不同颜色的光进行多通道检测。这样可以同时使用不同光谱特征的量子点，而发射光谱不出现交叠或者只有很小程度的重叠，使标记生物分子的荧光光谱的区分、识别都会变得更加容易。 （3）量子点的稳定性好，抗漂白能力强，荧光强度强，具有较高的发光效率。半导体量子点的表面上包覆一层其他的无机材料，可以对核心进行保护和提高发光效率，从而进一步提高光稳定性。Chan和Nie通过实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子要亮20倍和稳定100～200倍，可以经受多次激发而其光学特性没有显著变化，且标记后对生物大分子的生理活性影响很小，因此为研
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/eb3344350.html,/journal/nat https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.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. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,/licenses/by/4.0/ 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。
碳量子点的制备与应用
Journal of Advances in Physical Chemistry 物理化学进展, 2017, 6(3), 128-136 Published Online August 2017 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,/journal/japc https://https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,/10.12677/japc.2017.63016 文章引用: 叶明富, 陈丙才, 方超, 吴延红, 陈国昌, 孔祥荣. 碳量子点的制备与应用[J]. 物理化学进展, 2017, 6(3): Synthesis and Applications of Carbon Quantum Dots Mingfu Ye 1*, Bingcai Chen 1, Chao Fang 1, Yanhong Wu 2, Guochang Chen 1, Xiangrong Kong 3 1School of Chemistry and Chemical Engineering, Hexian Development Institute of Chemical Industry, Anhui University of Technology, Maanshan Anhui 2Shandong Huayu University of Technology, Dezhou Shandong 3Beijing Building Materials Sciences Research Academy, Beijing Received: Jul. 10th , 2017; accepted: Jul. 23rd , 2017; published: Jul. 26th , 2017 Abstract Carbon quantum dots (CQDs), a novel class of carbon nanomaterials, have received wide attention due to their strong quantum confinement effect and stable photoluminescence property. This ar- ticle reviews the different synthetic methodologies to achieve good performance of CQDs. At the same time, the applications of CQDs are also reviewed in the article. Keywords Carbon Quantum Dots, Nanomaterials, Preparation Methods, Applications 碳量子点的制备与应用 叶明富1*，陈丙才1，方 超1，吴延红2，陈国昌1，孔祥荣3 1 安徽工业大学和县化工产业发展研究院化学与化工学院，安徽 马鞍山 2山东华宇工学院，山东 德州 3北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 收稿日期：2017年7月10日；录用日期：2017年7月23日；发布日期：2017年7月26日 摘 要 碳量子点(Carbon quantum dots, CQDs)是一种新型的碳纳米材料，因其强的量子限域效应和稳定的荧*通讯作者。
量子点作为荧光离子探针应用的研究进展
Material Sciences 材料科学, 2016, 6(1), 95-101 Published Online January 2016 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,/journal/ms https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,/10.12677/ms.2016.61012 Advances of Quantum Dots as Fluorescence Ion Probes Guolong Song1, Yizhong Han1,2, Zhengyang Cui1, Xiangdong Kong1,2* 1Institute of Biomaterials and Marine Biological Resources, College of Life Sciences, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang 2The Key Laboratory of Advanced and Textile Materials and Manufacturing Technology of Ministry of Education, College of Materials and Textile, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou Zhejiang Received: Jan. 7th, 2016; accepted: Jan. 26th, 2016; published: Jan. 29th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Quantum dots (QDs), a sort of quasi zero-dimensional (0-D) nanomaterials, possess numerous ex-cellent optical properties, such as wide excitation, narrow emission, strong intensity, long lifetime, and stable fluorescence etc. Therefore, QDs as fluorescence ion probes show many advantages like high sensitivity, simple instrument, excellent repeatability, and rapid spot detection. This paper reviews the recent advances of QDs as fluorescence ion probes in applications of detecting metal ions, anions, and small molecules etc. Keywords Quantum Dots, Ion Probes, Metal Ions, Anions 量子点作为荧光离子探针应用的研究进展 宋国龙1，韩义忠1,2，崔正阳1，孔祥东1,2* 1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 2浙江理工大学材料与纺织学院，教育部先进纺织材料与制备重点实验室，浙江杭州 *通讯作者。
荧光量子点探针及其标记技术_蒋飞荣
文章编号 ：１００４－０３７４（２０１０）０４－０３９１－０５ 收稿日期：2009-10-09；修回日期：2009-12-09基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)(2007AA021809；2007AA021811); 国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(2010CB833605); 湖南省科技厅资助项目(2008FJ3186); 2009年度新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0790)#共同第一作者 *通讯作者：E-mail ：rencaiping@https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,; Tel ：0731-******** 荧光量子点探针及其标记技术 蒋飞荣１，２＃，贾文婷１＃，张兴燊２，任彩萍１＊ （1中南大学肿瘤研究所，长沙 410078；2广西中医学院，南宁 530001） 摘要：量子点作为一种新型荧光标记物，与有机染料和荧光蛋白质相比，它们具有可调谐且宽的吸收 光谱，激发可产生多重荧光颜色、强荧光信号、抗光漂白能力强等独特的光学特性，使其广泛应用在生物和医学领域。该文就量子点探针的表面修饰和功能化及其标记技术的研究进展进行了阐述。关键词：荧光量子点；探针；生物标记中图分类号：Q6-33 文献标识码：A Fluorescent quantum dots probes and their biological labeling JIANG Fei-rong 1, 2#, JIA Wen-ting 1#, ZHANG Xing-shen 2, REN Cai-ping 1* (1 Cancer Research Institute, Central South University, Changsha 410078, China; 2 Guangxi Traditional Chinese Medical University, Nanning 530001, China) Abstract: As emerging promising fluorescent labels, semiconductor quantum dots (QDs) have tremendous potential in the fields of biology and medicine because of their unique optical properties with size-tunable light emission, broad absorption spectra for simultaneous excitation of multiple fluorescence colors, superior signal brightness, resistance against photobleaching, etc. This article briefly discusses the recent progresses on fluorescent QDs probes and their biological labeling including their surface modification and functionalization.Key words: fluorescent quantum dots; probe; biological labeling 荧光半导体量子点(fluorescent semiconductor quantum dots ，QDs)是一种由II-VI 族(如CdSe 和CdTe)或III-V 族(如InP 和InAs)或IV-VI 族(如PbS 和PbSe)元素组成的、直径一般在1~100 nm 、能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒。Bruchez 等[1]通过在QDs 表面包裹SiO 2，再连接上羟基以及Chan 和Nie [2]采用巯基乙酸修饰QDs ，解决了QDs 的水溶性和生物兼容性问题。 QDs 独特的光学特性、表面修饰和生物功能化以及标记技术的优势使得QDs 在生物学、活细胞和体内成像、药物研究和筛选、生物芯片等领域得到了广泛应用。本文就QDs 探针的表面修饰和功能化及其标记技术进行阐述。 １ ＱＤｓ的特征 一种典型的水溶性核壳型QDs 应该包括: (1)一 个半导体核(如CdSe)，其直径决定荧光的波长；(2)一个半导体外壳(如ZnS)，用来提高量子产率；(3)一个亲水层，用来保证其水溶性[3]。与传统的有机荧光标记物相比，QDs 具有以下特点：(1)激发波长范围宽、发射波长范围窄，可以采用同一波长激发光同时激发不同颜色QDs [4]; (2)QDs 的荧光强度高及核壳结构稳定性好，可以经受反复多次激发，荧 DOI:10.13376/j.cbls/2010.04.001
荧光量子点
荧光量子点探针在生物医学中的应用进展 杨冰冰1302班2013113010222 【摘要】量子点(半导体纳米微晶体)作为一种新型荧光探针,在生物医学领域中应用已引起国内外科学工作者的极大关注。文章主要概括了荧光量子点在活细胞荧光标记及组织光学成像、肿瘤细胞示踪及检测、荧光免疫分析和微生物学等方面的应用。 【关键词】荧光量子点探针生物标记 量子点(quantumdots,QDs)又称半导体纳米微晶体,是一种由0族元素组成的能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒,其颗粒直径一般约为1~100nm。由于其具有独特的量子尺寸效应和表面效应,表现出优良的光谱特征和光化学稳定性,许多科学工作者已经尝试着将其应用于生物学领域,并且取得了一定的进展。本文将主要评述荧光量子点探针在生物医学中的应用进展。 一，活细胞荧光标记及组织光学成像 细胞或细胞组分成像的标准方法是用荧光物质对相关部位进行标记,量子点作为纳米尺寸的晶体,有着独特的光化学和光物理学特性,使其不仅适合单分子成像,也可以进行组织整体的成像研究。Chen 等首次报道了将量子点与标记分子复合物通过转染进入细胞核,在实验中他们将量子点与SV40(猴病毒40)大的T抗原核定位信号(NLS)结合,并经转染进入活细胞,通过荧光成像系统监测到复合物从细胞质到细胞核的运动过程。这一工作首次将量子点用于细胞核中进行长时程生物现象观测,提供了一种新的无细胞毒性成像技术。Wu等证明
了量子点标记抗体能特异地识别亚细胞水平的分子靶点。他们用量子点标记的羊抗鼠IgG作为二抗,结合抗Her2单克隆抗体,观察到了乳腺癌细胞表面的Her2。用抗生物素蛋白交联具有不同发射光谱特征的量子点,配合生物素标记的二抗和特异性单抗,不仅能同时识别细胞表面的Her2和核抗原,也能同时识别胞浆微管蛋白和核抗原。与有机荧光染料Alexa488比较,量子点发射的荧光较强而且不被激发光淬灭。Jaiswal等基于量子点荧光的稳定性,用DHLA包被的量子点与活细胞于37e共孵育,观察到量子点通过内吞作用进入细胞,也观察到交联生物素的量子点进入生物素化的细胞。进入细胞的量子点不影响细胞的形态和生长,培育12d还可看到细胞内的量子点荧光。Lidke 等应用QDs的荧光示踪EGF与其受体erbB1的结合和信号转导过程,直接实时动态观察到一个信号分子与细胞膜结合通过细胞丝足、胞吞内化,以及与erbB2、erbB3相互作用的全过程,直观显示了癌细胞信号转导的过程,这表明QDs为研究活细胞内的信号传递及其分子机制开辟了一条新的途径。 二，肿瘤细胞示踪及检测 将基于量子点荧光探针建立的光学成像技术应用于肿瘤的早期诊断有着巨大潜力,这是一项灵敏的、非电离性、花费相对便宜的技术。Nida等将量子点连接的表皮生长因子受体与抗生长因子抗体形成共轭对来探测宫颈癌前期生物学标志物,结合光学成像技术,显示宫颈癌在分子水平的变化,有助于肿瘤的早期诊断。Kim等将近红外QDs以4.0@10-7mol/L的浓度分别注射入小鼠前爪及猪腹股沟皮下,
量子点发光材料综述
量子点 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm错误!未找到引用源。。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右错误!未找到引用源。。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构错误!未找到引用源。。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光
光谱发生变化错误!未找到引用源。。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显着错误!未找到引用源。。 表面效应 纳米颗粒的比表面积为A A=A A =4AA2 4 3 AA3 =3 A ，也就是说量子点比表面 积随着颗粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响错误!未找到引用源。。 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又称为宏观量子隧道效应错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。。 介电限域效应 上世纪七十年代Keldysh等人首先发现了介电限域效应错误!未找到引用源。。该现象可以表示为在不同介质中，因两种不同材料接触界面引起的介电作用变强的现象。与未被介质包裹的量子点相比，被介质包裹的量子点屏蔽效应变弱，带电粒子间库伦作用变大，增加了激子的振子强度和结合
量子点在荧光分析中的应用
量子点在荧光分析中的应用 量子点(Quantum Dots，QDs),即半径小于或接近于激子玻尔半径的半导体纳米晶粒，也称为半导体纳米颗粒。它的直径只有1~10nm，因此存在特殊的物理性质，如量子尺寸效应、表面效应等，表现出优良的纳米效应。它的激发光谱宽且连续分布、发射光谱窄而对称、发射光稳定性强，不易发生光漂白，通过改变粒子的尺寸和组成可获得从UV到近红外范围内的任意点的光谱，因此相对传统有机荧光试剂具有无可比拟的优越性。由于量子点具有上述独特的性质，自20世纪70年代末，它就在物理学、材料科学、化学及电子工程学等方面引起广泛的关注。近年来，随着制备技术的不断成熟与荧光量子产率的不断提高，有关量子点在荧光分析中的应用研究取得了重要进展。 1. 量子点的尺寸及其结构 量子点是一种零维的纳米材料。所谓零维的纳米材料是指当半导体材料从体相逐渐减小至一定临界尺寸(典型直径尺寸为1~10nm，可以抽象成一个点)以后，材料的特征尺寸在三个维度上都与电子的德布罗意波长或电子平均自由程相比拟或更小，电子在材料中的运动受到了三维限制，也就是说电子的能量在三个维度上都是量子化的，结构和性能也随之发生从宏观到微观的转变，称这种电子在三个维度上都受限制的材料为零维的纳米材料，即量子点。它主要是由II-IV族元素(如CdSe，CdTe，CdS，ZnSe等)和III-V族元素(如InP，InAs等)组成的纳米晶体。 量子点的结构一般包括核（core）、壳（shell）两个部分。核，一般使用CdSe、CdTe或者InAs等作为材料，其尺寸的大小及其晶格生长情况主要决定了其光学性质（包括发射波长和荧光量子产率）。壳是具有不同禁带宽度(通常是更宽禁带宽度)的其它材料，或者也可是真空介质。合适厚度的壳结构可以进一步提高量子点的荧光量子产率，而且外层的壳可以将核与外界隔绝而保护核，同时还可以为进一步的表面化学修饰提供良好的基底条件（如图1所示）。一般金属化合物/有机相合成得到的量子点表面会覆盖一层油相的TOPO表面活性剂分子，在生物应用之前，需要使用亲水性分子取代TOPO或使用两亲性分子在TOPO外包裹，使量子点具有水溶性。
一种基于量子点荧光微球的高灵敏度免疫层析技术初步研究
学校代码：10270 学号：072200928 硕士学位论文 论文题目一种基于量子点荧光微球的高灵敏度 免疫层析技术初步研究 学院生命与环境科学学院 专业生物化学与分子生物学 研究方向纳米检测技术 研究生姓名白亚龙 指导教师魏新林王元凤 完成日期 2010年4月
论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：日期： 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：导师签名：日期：
上海师范大学硕士学位论文摘要 摘要 量子点具有宽的吸收峰，窄而对称的发射峰，且发射峰（即发光颜色）随尺寸可调，以及较高的荧光强度、较强的抗光漂白能力等特点，与传统有机染料相比具有更优越的性能，是一种极具潜力的荧光探针制备物。近年来在生物与医学免疫检测方面得到飞速的发展，同时，在食品安全检测方面也不断渗透漫延。因其具有优越的光学性能，有望突破胶体金免疫层析检测，制备出更为灵敏的量子点免疫层析快速检测试纸条。 本项工作围绕量子点的免疫检测体系，主要开展以下方面的研究： 1. 制备MPA稳定的水溶性CdTe量子点，探讨了最佳的合成条件，随着回流时间的延长，得到一系列由绿色过渡到红色的CdTe量子点，并对不同时间取得的样品进行了紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、TEM等表征。对其纯化和稳定性能也做了相应的探讨，发现透析不适合量子点纯化，体系pH8-10有利于量子点的稳定。 2. 以红色CdTe量子点作为代表，小鼠IgG作为模式抗体，用免疫层析法探讨了量子点与抗体的最佳偶联方式，先后对比了直接偶联、EDC与NHS单独最为偶联剂、EDC 与NHS混合作为偶联剂这三种方法制备量子点探针，免疫层析结果显示EDC与NHS 混合作为偶联剂（质量比3：4）制备得到的探针具有优越的性能。直接偶联与以NHS 作为偶联剂制备的探针性能较差，不适合实际应用。 3. 为了得到更高荧光强度的荧光粒子，从两个方面入手提高量子点荧光强度：第一，制备核壳型量子点以期提高量子点荧光强度；第二，制备CdTe@SiO2纳米粒子以期提高单个纳米粒子的荧光强度。通过实验结果来看，水相制备的核壳型纳米粒子荧光强度并未得到改善，反而降低。反相微乳液制备的CdTe@SiO2纳米粒子因为实验试剂等影响，荧光强度大幅度下降，更不适合于检测分析用。 4. 制备高强度的SiO2/CdTe纳米粒子，用反相微乳液或史道伯法合成50-500 nm的二氧化硅纳米粒子，用硅烷偶联剂APTES使其氨基化，然后用偶联剂EDC与NHS将其与CdTe量子点偶联，制备得到高强度的荧光微球。 5. 经过一系列优化实验，以小鼠IgG与羊抗小鼠互为抗原抗体组装荧光微球免疫层析体系，经过与胶体金免疫层析对比，初步判断灵敏度比胶体金免疫层析体系高4-20倍。 关键词：CdTe量子点；偶联；抗体；探针；二氧化硅；免疫层析
氨基酸对CdTe量子点荧光性质的影响
氨基酸对CdTe 量子点荧光性质的影响 文立群1,2 吕鉴泉1,* 吕汉清1 周兴旺1 孙婷荃1 (1湖北师范学院生化分析技术湖北省重点实验室,湖北黄石 435002; 2 华中师范大学化学学院,武汉 430079) 摘要:以巯基乙酸为稳定剂,制备了水溶性碲化镉(CdTe)量子点(QDs),分别考察了pH 值和几种氨基酸对CdTe ?QDs 紫外吸收和荧光的影响.结果表明,在不同pH 值下,丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸对CdTe ?QDs 的荧光有不同的影响,丙氨酸、 丝氨酸使CdTe ?QDs 荧光发生猝灭现象,而半胱氨酸在碱性范围内则使CdTe ?QDs 的荧光明显增强,说明氨基酸对量子点存在不同的作用机制.关键词: CdTe 量子点; 氨基酸; 荧光 中图分类号: O644 Effect of Amino Acid on the Fluorescence of CdTe Quantum Dots WEN Li ?Qun 1,2 L üJian ?Quan 1,*L üHan ?Qing 1ZHOU Xing ?Wang 1SUN Ting ?Quan 1 (1Hubei Key Laboratory of Bioanalytical Technique,Hubei Normal University,Huangshi 435002,Hubei Province,P.R.China;2 College of Chemistry,Central China Normal University,Wuhan 430079,P.R.China ) Abstract:Water ?soluble CdTe quantum dots (GdTe ?Qs)were prepared using mercaptocarboxylic acid as stabilizer, and effects of pH and amino acids on fluorescence of CdTe ?QDs were investigated.The results revealed that the fluorescence of the CdTe ?QDs varied with the change of pH,and the alanine and serine could quench the fluorescence while cysteine enhanced the fluorescence.Key Words: CdTe quantum dots; Amino acid; Fluorescence [Note] https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html, 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao ) Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2008,24(4)：725-728 Received:October 17,2007;Revised:December 10,2007;Published on Web:January 21,2008. ? Corresponding author.Email:jianquanlu@https://www.sodocs.net/doc/eb3344350.html,;Fax:+86714?6531032. 国家教育部重点项目(206096)和湖北省教育厅重大科研项目(Z200522002)资助 ?Editorial office of Acta Physico ?Chimica Sinica 量子点(quantum dots,QDs)是一类由II ?VI 族或III ?V 族元素所组成,能够接受激发光产生荧光的纳米颗粒[1].与传统的有机荧光染料或镧系配合物相比,量子点具有以下优点[2]:单个波长可激发所有的量子点,发射波长可通过控制它的尺寸大小和组成来“调谐”,大小均匀量子点的谱峰呈对称高斯分 布,量子点的荧光强度高、稳定性好、光谱线宽窄适当,可持续发光,不易发生光漂白现象.正是由于量 子点具有独特的光学性能,量子点在物理、化学、生物等领域有着巨大的应用前景,引起了科学家们的广泛关注[3,4],并探讨各种具有生物亲和作用的水溶性量子点[5,6]. 最近,各国科学家们在量子点的表面修饰方面 开展了卓有成效的工作,并取得了令人瞩目的成果.如,含巯基[7-12]或氨基[13]化合物、聚苯乙烯[14]、杯芳烃[15]等用来改善CdTe ?QDs 的性能.随着量子点合成与修饰方法的深入研究,量子点作为荧光探针引入到生物和医学领域,对细胞膜蛋白[16,17]、热休克糖蛋白[18]、血红蛋白[19]、天花粉蛋白[20]和胃癌细胞相关抗原[21]等蛋白质的标记.然而,各种量子点标记蛋白质的机制尚不太清晰. 本文针对量子点标记蛋白质中存在的机制不明了的问题,以巯基乙酸为稳定剂合成水溶性的CdTe ?QDs,并探讨各种氨基酸对其荧光的影响,以期总结出它们间的作用规律. April 725