量子点荧光光谱学与生命科学

近年来,量子点(半导体纳米微晶体)的研究引起国内外研究者的广泛兴趣,其研究内容涉及物理学、化学、材料等多学科,已成为一门新兴的交叉学科。虽然量子点在生物学中的应用才刚刚起步,但是已经取得了有意义的进展,成为人们极为关注的一个热点。现就量子点的光学特性、制备方法,以及在生物学中的研究进展和应用前景作一简要综述。     

量子点的生命科学中的应用

近年来,最子点（半导体纳米微晶体）的研究引起国内外研究者的广泛兴趣,其研究内容涉及物理、化学、材料等多材料,已成为一门新兴的交叉学科。虽然量子点在生物学中的应用才刚刚起步,但是已经取得了意义的进展,成为人们极为注意的一个热点。现就量子点的光学特性、制备方法以及在生物学中的研究进展和应用前景作一简要综述。     

量子点在生物学中的研究进展

量子点作为一种新型的荧光标记物近年来已在生物学中获得广泛应用。本文总结了量子点的主要光学特性,其中包括荧光激发和发射光谱特性、量子产额、光漂白特性和荧光寿命等。重点综述了量子点在细胞标记、活体和组织成像、组合标记和光动力学治疗等生物学中的应用及其最新研究进展。同时讨论了量子点在应用中可能存在的细胞毒性等主要问题,最后对量子点在生物学中的应用前景作了展望。     

量子点在癌症研究中的应用

半导体量子点具有长时间、多目标和灵敏度高等独特的光化学性质,这些特性使量子点成为细胞标记和生物应用中得到了广泛的应用。利用量子点目标定位癌细胞,对于寻找癌变部位具有指导的作用。近年来,利用量子点作为光动力学治疗癌症的能量供体也得到了一定的研究。简单地介绍了量子点独特的光学性质,并从量子点标记癌细胞、可视化癌细胞表面功能和在光动力学治疗癌症等方面综述了量子点在癌症诊断和治疗中的应用。     

用量子点标记活细胞

量子点是一种具有纳米尺寸的半导体晶体。与传统的荧光染料相比,量子点拥有许多独特的光学特性,如宽的吸收谱、窄而对称的发射谱、耐漂白、亮度高和荧光寿命长等。由于其出色的光物理特性和相对较小的尺寸,量子点可作为生物学研究的荧光探针。随着量子点合成与修饰技术的发展,其在生物和医学领域的应用已从探索阶段逐步发展到了应用阶段。将量子点应用于活细胞标记,将为揭示细胞内的复杂生命现象提供全新的视野。该文重点介绍了量子点的荧光特性、用量子点标记活细胞所要克服的障碍及基本的标记策略和方法。     

量子点在生物学中的应用

量子点是一种无机荧光材料,它具有独特的光物理特性,如其激发光谱宽且连续分布,而发射光谱呈对称分布且宽度窄,而且可通过改变量子点内核的尺寸对其发射光波长进行精细调节等。量子点的这些特性正引起人们日益广泛的关注,并在很多领域得到了应用。本文介绍了量子点的组成以及它的光学特性,同时介绍并讨论了近年来量子点在生物学领域应用的进展以及存在的问题。     

简述量子点与抗体的偶联方法

量子点是一种具有独特光学性质的半导体纳米材料,表面带有功能基团的水溶性量子点可与抗体偶联,作为荧光探针用于多种生物学研究。根据量子点表面所修饰的物质不同,偶联方法可分为共价偶联与非公价偶联两大类。本研究主要对量子点与抗体的偶联方法进行简单介绍。     

量子点的制备及其在生物医学中的研究

量子点是近几年发展起来的新型纳米材料,虽然研究起步较晚,但因其独特的电学和光学性质而成为人们关注的热点,在生物医学等多个领域有突破性的研究进展。本文主要介绍量子点的性质、制备方法及其在生物医学中的应用进展和存在的问题。     

含镉量子点的毒性研究进展

含镉量子点是典型的量子点,近年来受到广泛研究。含镉量子点的潜在毒性是其在生物成像及生物医药方面应用和发展的关键制约因素,因此,对其毒性作用的研究具有重要意义。目前对含镉量子点的体外毒性研究主要集中在人肝癌细胞(HepG2)、神经分泌细胞(PC12)等细胞实验及斑马鱼胚胎体外培养实验。体内毒性研究包括小鼠等动物实验。这些研究证实,量子点对HepG2等细胞系和小鼠、贻贝等动物均具细胞毒性。研究者们普遍认为,量子点是通过释放其组成中的重金属,诱导生物体产生活性氧自由基,进而引发细胞凋亡或自噬,但对量子点的具体毒性作用机制并不完全清楚。该文对含镉量子点的体内和体外毒性研究工作进展进行了综述,包括含镉量子点对肝肾细胞、神经细胞、血液细胞及免疫细胞等体外毒性研究工作,对陆生及水生动物等的体内毒性研究工作,旨在更好、更全面地评估含镉量子点的毒性,为今后对量子点的毒性作用机制研究提供方向,促进含镉量子点在生物医学方面的发展和应用。     

综述——基于纳米材料的生物检测与医学诊断技术：功能化量子点在肿瘤活体成像中的应用

量子点表面经生物分子或药物分子修饰而具有生物功能．功能化量子点具有独特的光学性质和生物相容性,在生物医学光学诊断和治疗领域具有广泛的应用．本文简要介绍了功能化量子点制备及修饰方法,综合评述了量子点在肿瘤活体诊断和治疗中的应用,包括活体淋巴结成像、血管动态成像、肿瘤成像和抗肿瘤药物示踪等,讨论了功能化量子点在肿瘤活体诊断和治疗中的应用前景以及面临的挑战．     

Creating self-illuminating quantum dot conjugates

Semiconductor quantum dots are inorganic fluorescent nanocrystals that, because of their unique optical properties compared with those of organic fluorophores, have become popular as fluorescent imaging probes. Although external light excitation is typically required for imaging with quantum dots, a new type of quantum dot conjugate has been reported that can luminesce with no need for external excitation. These self-illuminating quantum dot conjugates can be prepared by coupling of commercially available carboxylate-presenting quantum dots to the light-emitting protein Renilla luciferase. When the conjugates are exposed to the luciferase's substrate coelenterazine, the energy released by substrate catabolism is transferred to the quantum dots through bioluminescence resonance energy transfer, leading to quantum dot light emission. This protocol describes step-by-step procedures for the preparation and characterization of these self-illuminating quantum dot conjugates. The preparation process is relatively simple and can be done in less than 2 hours. The availability of self-illuminating quantum dot conjugates will provide many new possibilities for in vivo imaging and detection, such as monitoring of in vivo cell trafficking, multiplex bioluminescence imaging and new quantum dot-based biosensors.     

噬菌体表面展示技术

噬菌体展示技术(PhageDisplayTechniques,PDT)是一种用于筛选和改造功能性多肽的生物技术。自问世以来,它已被广泛应用于生命科学的许多领域。对噬菌体展示技术的基本原理、噬菌体表面展示系统研究以及噬菌体展示技术的应用、展望等进行了探讨,由此可以看出:噬菌体展示技术的进一步发展,必将为生命科学及相关学科的发展带来深远的影响。     

量子点荧光技术标记肿瘤细胞中HSP的应用研究

目的探讨量子点荧光技术对人肾癌细胞株(ACHN)中不同HSP进行标记的可行性应用。方法利用量子点的荧光特性,免疫细胞化学方法检测体外培养的ACHN细胞中量子点特异性标记的HSP70、HSP90、HSPgp96的表达情况。结果共聚焦荧光显微镜下可见ACHN细胞中HSP70、HSP90、HSPgp96均有明显表达,呈现均匀分布的橙红色强荧光,且量子点在持续激发30分钟后无荧光淬灭发生。结论量子点荧光标记技术能够对不同HSP进行标记,且与传统的标记方法相比具有显著优点,可作为一种新型的检测技术应用于科研及临床标记检测中。     

A self-assembled quantum dot probe for detecting beta-lactamase activity

This communication describes a quantum dot probe that can be activated by a reporter enzyme, beta-lactamase. Our design is based on the principle of fluorescence resonance energy transfer (FRET). A biotinylated beta-lactamase substrate was labeled with a carbocyanine dye, Cy5, and immobilized on the surface of quantum dots through the binding of biotin to streptavidin pre-coated on the quantum dots. In assembling this nanoprobe, we have found that both the distance between substrates and the quantum dot surface, and the density of substrates are important for its function. The fluorescence emission from quantum dots can be efficiently quenched (up to 95%) by Cy5 due to FRET. Our final quantum dot probe, assembled with QD605 and 1:1 mixture of biotin and a Cy5-labeled lactam, can be activated by 32microg/mL of beta-lactamase with 4-fold increase in the fluorescence emission.     

Photostability of quantum dot micelles under ultraviolet irradiation

Phospholipid quantum dot micelles are useful for bio‐applications because of their amphiphilicity and exceptional biocompatibilities. We investigated the uptake of phospholipid [polyethylene glycol (PEG), biotin, and folic acid terminated] modified CdSe/ZnS quantum dot micelles by cancer cells and its photostability under ultrviolet light in the C spectrum (UV‐C) (254 nm) or UV‐A (365 nm) light irradiation. The stability of micelles to the exposure of UV‐C and UV‐A light was assessed. Biotin‐modified quantum dot micelles give photoluminescence enhancement under UV‐C light irradiation. Folate modified micelle under UV‐C and UV‐A results show considerable photoluminescence enhancement. Photoluminescence lifetime measurements showed 7.04, 8.11 and 11.42 ns for PEG, folate, and biotin terminated phospholipid micelles, respectively. Folate and biotin‐modified quantum dot micelles showed excellent uptake by HeLa cells under fluorescence confocal microscopy. Phospholipid CdSe/ZnS quantum dot micelles can be potentially used for diagnosis and treatment of cancer in the future.     

表面等离子体共振技术在药物研究中的应用

表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)技术作为一种新型的免标记、实时在线研究生物分子间相互作用的高灵敏传感技术,已经在生命科学领域中得到了大量应用。该文简要介绍了SPR生物传感器的基本原理,重点评述了其在新药筛选和药物作用机制方面的研究进展,并对其前景进行了展望。     

落叶松树种的体细胞胚胎发生与规模化技术体系

植物体细胞胚胎发生技术是植物体细胞在人为可控条件下通过与合子胚胎发生类似的途径 ,发育出新个体的再生技术 ,自问世以来 ,已被广泛用于生命科学领域。对落叶松及其杂种胚性细胞系的大规模增殖培养、原胚发育状态、体细胞胚成苗和专用生物反应器技术体系的建立以及其应用、展望等方面进行了探讨 ,表明落叶松体细胞胚胎发生过程中专用生物反应器技术体系的完善与建立迫在眉睫 ,并将为现代林木育种与繁殖工程及生命科学相关学科的发展带来重要影响 。     

FRET-based biosensor for oleic acid in nanomolar range with quantum dots as an energy donor

A self-assembling sensor for oleic acid has been developed. The sensor consists of a self-assembling fluorescent dye labeled BSA and quantum dots CdSe/ZnS capped with 3-mercaptopropionic acid. The detection limit of the new sensor is 10-1000 nM. The influence of the quantum dot size on the FRET efficiency in the course of the interaction of the sensor system with the analyte has been studied. The pH dependence, aggregation stability. and electrophoretic properties of the sensor have been examined. The data suggest a new approach for the development of nanoscale FRET-based sensors operating effectively due to unique fluorescent properties of quantum dots as well as due to selective protein-ligand interactions.