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1、量子点介绍量子点（Quantum dot, QD）又称半导体纳米晶，呈近似球形，其三维尺寸在2-10nm范围内，具 有明显的量子效应。量子点一般由II-VI族元素（如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe、ZnS等）或III-V族元素 （无镉量子点，如InP、InAs等）等半导体材料构成，也可由两种或两种以上的半导体材料构成核/壳结构 （如常见的CdSe/ZnS核/壳结构量子点等）（图1）。近年来也涌现出多种新型材料量子点和制备方法。量子点的物理、光学、电学特性远优于现有有机荧光染料（表1），具有灵敏度高、稳定性好、货架期长 等优势，是新一代荧光标记探针的最佳选择。量子点技术在2003年被Sci
2、ence杂志评为年度十大科学突 破之一。*浦祀企 Infrared eNS7WK41DM NQ 1W K NM图 1，量 子点组成、结构与火光激发。（Zhang and Wang 2012; Esteve-Turrillas and Abad-Fuentes 2013）A,量子点结构示意图，由核、外壳以及表面有机功能层组成。B,粒径大小不同的量子点紫外激发产生不同色彩的荧光。C，不同组成成分的量子点发射光谱范围，波长覆盖近紫外到远红外。表1,量子点相对于普通荧光标记物的优势及其在生物检测中的意义。生物检测用途子点的优势特性堕子产率高、摩尔消光系数大荧光寿命长-世稳定性好吸收光谱宽窄而对称的发射
3、光谱. 发射光波长随衿轻秘蛆酸成分变化连鲤 可调，表面修饰后更好的生物相容供荧光信号更强.国别于生物样本自身的 荧光背提高径做度椅测多次诚发氏时间动念观测同一波校多色激发，无相互干扰，实现 多指标RI村橙测与多神生物分子偶联，无II特并fl吸附量子点作为标记探针尤其适用于高灵敏度、活体/在体长时间动态观察、多指标同时检测等应用领域，如：1）量子荧光效率高，摩尔消光度系数大，其荧光强度比现有最强的有机荧光材料光强强20倍以上，适用于高灵敏度检测，结合高分辨荧光显微镜可实现单量子点示踪（图2）；图2,活细胞单量子点标记示踪。（Michalet, Pinaud et al. 2005）生物素-量子点
4、（ 639nm发射）标记Hela细胞表达的亲和素-CD14受体融合蛋白。A,相差显微镜照片。B, 荧光显微镜照片。C，A和B图方框中单量子点的1000步运动轨迹（100ms/步）。D，示踪过程中量子点荧 光强度变化。结果表明单量子点标记物随时间变化表现出特有的闪烁效应。2）具有很好的光稳定性，耐光漂白，适用于长时间稳定激发动态观察以及结果存档（图3）；IMS图3,比较QD608与荧光染料Alexa 488的抗光漂白效应。（Medintz, Uyeda et al. 2005）聘WgrvH侦 *也 qrrtrlMIr mrGurnf EE. “AR arTt/rje rvMMuMnA, QD60
5、8 （红色）和Alexa 488 （绿色）分别标记细胞骨架和细胞核，随激发时间变化比较光漂白效应。B,QD608或Alexa 488的荧光强度随时间的变化曲线。C，量子点用于人类上皮细胞荧光多色标记。细胞核:QD655nm （青色）；Ki-67 蛋白：QD605nm （洋红）；线粒体：QD525nm （橙色）；微管：QD565nm （绿色）；微丝：QD705 nm （红色）。3）荧光寿命长，有机荧光染料或生物样本背景荧光寿命一般仅为1-10纳秒，而量子点的荧光寿命可持续10-100纳秒，通过时间分辨特性，可降低背景干扰，提高灵敏度。4）发射波长因组成成分和粒径大小而异，易于制备经表面修饰后特性
6、相似但发射波长不同的量子点（图 4）；5）宽泛且连续的吸收光谱，实现单一光源多色激发（图4）；6）发射光谱窄而对称，可减少多色激发过程中不同量子点之间的干扰（图4）；图4,组成成分和粒径大小不同的量子点吸收与发射光光谱。（Michalet, Pinaud et al. 2005）A,量子点不同组成成分和粒径大小与发射光谱的关系。B,上图：四种不同量子点的吸收光谱图。下图:488nm光源（蓝色直线）激发四种不同量子点的发射光谱图。7）量子点具有较大的斯托克斯位移，易与斯托克斯位移较小的有机荧光染料和背景荧光相区分，通过调整激发光波长或使用滤光片，消除北京，提高灵敏度（图5）图5, CdTe量子点
7、与Cy3、Cy5的吸收、发射光谱及斯托克斯位移比较。（Resch-Genger, Grabolleet al.2008）A，不同粒径的CdTe量子点吸收和发射光谱。量子点斯托克斯位移大，吸收光谱重叠，发射光谱窄而对称。 B，Cy3和Cy5的吸收光谱和发射光谱。斯托克斯位移小，吸收与发射光谱部分重叠，发射光谱不对称红区 拖尾。量子点材料在20世纪80年代分别由Alexey I. Ekimov在玻璃基质中，以及Louis E. Brus在胶体溶 液中合成，随后量子点表面配基化学修饰技术逐步完善。由于量子点相对于传统荧光染料具有诸多优点， 在1998年Alivisatos和Nie将量子点应用于生物分
8、子标记，使用生物活性分子如抗体或抗原等连接在量 子点表面修配体的活性基团上，实现了量子点生物荧光染色，开创了量子点生物标记材料的应用研究。十 几年来，量子点在生物标记领域涌现越来越多的研究成果和应用实例（图6、7）。am 1图7, Web of Science数据库中量子点及量子点生物学相关论文发表情况。目前，我们巳实现了量子点的产业化生产，大大促进了量子点在生命科学相关领域的应用，如细胞免Mm7000图6,近年来与量子点相关的论文发表情况。(Esteve-Turrillas and Abad-Fuentes 2013)MJOO4切。3000uquailIcirii dot quantum dot + bio疫荧光成像、流式细胞术、蛋白印迹、荧光免疫吸附分析等（图8）基因芯片电子与荧光相关屈熊图8,量子点标记物在科研领域中的应用。
