熒光納米探針在生命科學中的應用

1、納米熒光探針在生命科學中的應用摘要摘要：納米熒光探針(fluescentprobe)在化學傳感、光學材料及生物檢測和識別等領域得到了廣泛的應用，并成為實現上述功能的一種主要的技術手段。但以傳統(tǒng)的有機熒光染料為主的熒光探針在應用中也存在一些難以克服的缺陷。最近，無機發(fā)光量子點、熒光聚合物納米微球、復合熒光二氧化硅納米粒子等熒光納米探針的相繼出現，在一定程度上克服了傳統(tǒng)有機熒光試劑的缺陷，為生物分析提供了新的發(fā)展領域，成為了近年來研究的熱點

2、。關鍵字：納米熒光探針、生物檢測和識別、無機發(fā)光量子點Abstract：Nanofluescenceprobeiswidelyusedinchemicalsensingopticalmaterialsbiologicaldetectionidentificationfieldtorealizetheabovefunctionsasaprimarytechnology.Butinatraditionalfluescentprimarily

3、ganicfluescentprobesintheapplicationofsomearedifficulttoovercomedefects.Recentlyinganiclightquantumdotsfluescencepolymermicrospheresnanocompositefluescencesilicananoparticlesfluescencenanoproberhaveappearedinacertainexte

4、ntgservedthedefectsofconventionalganicfluescencereagentbiologicalanalysistoprovidethenewdevelopmentareabecomethefocusofresearchinrecentyears.Keywds:NanofluescenceprobeBiologicaldetectionrecognitionInganicglowingdots1、Cla

5、ssificationoffluescentnanoprobe熒光納米粒子是指與蛋白質或其他大分子結構非共價相互作用而使一種或幾種熒光性質發(fā)生改變的小分子物質?？捎糜谘芯看蠓肿游镔|的性質和行為?？梢园l(fā)熒光的半導體納米微晶體（量子點）或將熒光團通過包埋、共價鍵連接以及超分子組裝等方式引入有機或無機納米粒子中，并讓納米粒子承擔有機小分子熒光染料的檢測、標記等功能。與傳統(tǒng)的熒光染料相比，熒光納米粒子具有更高的亮度和光穩(wěn)定性，也能更加容易地實現

6、水分散性和生物相容性。另外，隨著納米制備技術的進一步提高，對納米粒子的尺度的精確控制及對粒子功能化手段的日臻完善，這在很大程度上使熒光納米粒子滿足了化學傳感器、生物探針等領域的要求。目前熒光納米粒子主要有無機發(fā)光量子點、熒光高分子納米微球、復合熒光二氧化硅納米粒子三大類。1.1Quantumdots納米熒光探針在生命科學中的應用復合熒光二氧化硅納米粒子是由功能性的內核、可生物修飾的硅殼以及修飾在硅殼表面的生物分子構成，具有明顯核殼結構的

7、一類新型的納米顆粒，其內核材料可以是有機熒光染料、稀土發(fā)光材料、量子點等。由于該類型的納米顆粒采用油包水反相微乳液方法成核，通過硅烷化試劑在微乳液中水解形成三維網狀結構的硅殼進行包殼，所以采用不同的硅烷化試劑可以制備出表面帶有不同官能團的核殼型生物納米顆粒。通過對納米顆粒的表面進行各種生物大分子的修飾，如：肽片斷、抗體、生長因子等，可以實現對特異性細胞的識別、分離和檢測。于是，復合熒光二氧化硅納米粒子由于其具有良好的分散性、溫和的合成條

8、件、可重復合成及細胞毒性小等優(yōu)點已在生物學領域得到了廣泛的應用。目前，復合熒光二氧化硅納米粒子在細胞水平上的研究主要集中在特定細胞的染色、識別和分離、細胞內pH的檢測及基因轉染等方面。2Applicationoffluescentnanopartclesinlifescience2.1Fluescentnanoparticlesweredirectlyusedfbiologicaldetection熒光納米粒子作為一種熒光探針已被廣泛應

9、用在生物標記及醫(yī)療診斷領域。近年來國外已涌現出多家研制和開發(fā)熒光納米粒子生物熒光標記的公司，我國在這方面的研究正逐步展開，也出現開發(fā)納米熒光探針相關產品的一些公司，如武漢的珈源公司就提供各種可用于生物的量子點探針?；谀壳皣鴥韧獾难芯楷F狀，要實現熒光半導體納米粒子在生物檢測中的應用關鍵在于對熒光納米粒子的表面結構和功能的準確控制，而且納米粒子表面必需具有親水性官能團。為了使TOPO法合成的油溶性量子點轉移到水相，主要采用表面包覆和表面置

10、換兩種方法。例如，在量子點表面包覆SiO2殼層，Alivisatos等利用巰基硅氧烷(MPS)置換量子點表面的TOPO分子，然后進一步將硅氧烷水解縮聚使微粒表面形成一種穩(wěn)定的SiO2殼層。通過水解有機硅氧烷還可以形成具有胺基、脲丙基和羧基等活性官能團的SiO2殼層。自1998年Alivisatos和Nie等提出用半導體納米粒子作生物熒光標記的最初構想以來，基于熒光量子點的生物偶聯得到蓬勃發(fā)展。熒光量子點用于生物偶聯主要依靠納米粒子表面的

11、活性基團如羧基、胺基、醇基和巰基等。主要是利用納米粒子表面活性基團與生物分子之間形成共價偶聯、靜電吸附、疏水作用和硅烷偶聯等。歸納起來，熒光納米粒子與生物分子偶聯主要有兩種方法：一種是通過化學反應，即通過表面修飾有羧基或氨基的水溶性納米晶與生物分子中的氨基或羧基形成酰氨鍵實現偶聯。該方法通常用于較復雜的研究體系，如抗源抗體之間的識別、活體標記及特異性標記等。另一種是靜電吸附方法，帶電荷的納米粒子可以與帶相反電荷的生物分子通過靜電相互作用