熒光納米粒子的介紹及應(yīng)用

1、【專題】熒光納米粒子的介紹及應(yīng)用熒光探針(fluescentprobe)在化學(xué)傳感、光學(xué)材料及生物檢測和識別等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并成為實現(xiàn)上述功能的一種主要的技術(shù)手段。但以傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料為主的熒光探針在應(yīng)用中也存在一些難以克服的缺陷。最近，無機(jī)發(fā)光量子點、熒光聚合物納米微球、復(fù)合熒光二氧化硅納米粒子等熒光納米探針的相繼出現(xiàn)，在一定程度上克服了傳統(tǒng)有機(jī)熒光試劑的缺陷，為生物分析提供了新的發(fā)展領(lǐng)域，成為了近年來研究的熱點，在此我想作

2、一簡單介紹，希望能起到拋磚引玉的作用，如果大家覺得我有什么地方說錯的話，歡迎批評指正！讓我也從中受益！1、熒光納米粒子的分類熒光納米粒子是指可以發(fā)熒光的半導(dǎo)體納米微晶體（量子點）或?qū)晒鈭F(tuán)(Fluophe)通過包埋、共價鍵連接以及超分子組裝等方式引入有機(jī)或無機(jī)納米粒子中，并讓納米粒子承擔(dān)有機(jī)小分子熒光染料的檢測、標(biāo)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(xiàn)水分散性和生物相容性。另外，隨著納米

3、制備技術(shù)的進(jìn)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(xué)傳感器、生物探針等領(lǐng)域的要求。目前熒光納米粒子主要有無機(jī)發(fā)光量子點、熒光高分子納米微球、復(fù)合熒光二氧化硅納米粒子三大類。1.1.量子點量子點(quantumdotQD)又可稱為半導(dǎo)體納米微晶體，是由數(shù)百到數(shù)千個原子組成的無機(jī)納米粒子，是一種由IIVI族或者IIIV族元素組成的納米顆粒。目前研究較多的主要是CdX(X=S、S

4、e、Te)。量子點粒徑很小，它們的電子和空穴被量子限域，連續(xù)能帶變成具有分子特性的分立能級結(jié)構(gòu)，因此光學(xué)行為與一些大分子很相似，可以發(fā)射熒光。量子點的體積大小嚴(yán)格控制著它的光譜特征。量子點的晶體顆粒越小，比表面積越大，分布于表面的原子就越多，而表面的光激發(fā)的正電子或負(fù)電子受鈍化表面的束縛作用就越大，其表面束縛能就越高，吸收的光能也越高，即存在量子尺寸效應(yīng)，從而使其吸收帶藍(lán)移，熒光發(fā)射峰也相應(yīng)藍(lán)移。可見，相對于其他傳統(tǒng)的熒光染料而言，量子

5、點由于其量子尺寸效應(yīng)，粒徑不同或組成材料不同即可發(fā)射不同顏色的熒光。由于量子點潛在的應(yīng)用前景，研究者在量子點的制備方面展開了一系列的研究。目前，量子點的制備方法根據(jù)其所用材料的不同，有以下兩種方法：一、在有機(jī)體系中采用膠體化學(xué)方法以金屬有機(jī)化合物為前體制備量子點，二、在水溶液中直接合成。在有機(jī)體系采用膠體化學(xué)方法制備量子點的研究中，Bawendi等將金屬有機(jī)化合物注射入熱的有機(jī)溶劑中，在高溫下制備出具有單分散性的CdSe量子點。后來，人

6、們使用無機(jī)物來鈍化顆粒表面，發(fā)展了核殼結(jié)構(gòu)的量子點。peng等人以CdO或Cd(Ac)2為原料，在一定條件下與S、Se、Te的儲備液混合，一步合成了性能良好的CdS、CdSe、CdTe量子點。Nie等以此法合成了CdSeTe量子點，其熒光發(fā)射最大的波長為850nm，量子產(chǎn)率高達(dá)60%。該法不但克服了先前合成方法中需要采用(CH3)2Cd作為原料的缺點，而且所合成的量子點熒光量子產(chǎn)率高、尺寸分布窄、波長覆蓋范圍廣。此外，Reiss等人在P

7、eng的基礎(chǔ)上以CdO為前體在HDATOPO混合體系中合成CdSe，然后以硬脂酸鋅為鋅源，在CdSe的表面包覆一層ZnSe，首次合成了CdSeZnSe核殼結(jié)構(gòu)的量子點，熒光量子產(chǎn)率高達(dá)85%。另氧化硅顆粒，VanBlaadere等首次報道了采用Stober方法合成大小在幾百個納米的有機(jī)熒光染料嵌入的硅殼熒光納米顆粒。Hooiswen等采用改進(jìn)的Stober水解方法制備了大小在2030nm的硅殼熒光納米顆粒，整個制備過程包括了兩部分，一是

8、首先將有機(jī)熒光染料共價修飾在硅的前體上，形成一個熒光染料富集的內(nèi)核，二是將硅溶膠凝膠單體加入到硅殼包被的熒光染料內(nèi)核中，通過TEOS的水解及縮合反應(yīng)后的包殼。通過該方法可以制備大小均勻的硅殼熒光納米顆粒。另外，他們采用這種方法也分別制備了覆蓋了紫外到可見區(qū)的熒光染料為內(nèi)核的復(fù)合熒光二氧化硅納米粒子，包括Alexa350，N(7(dimethylamino)4methylcoumarin3yl)，Alexa488，異硫氰酸熒光素四甲基異硫

9、氰酸羅丹明，Alexa555，Alexa568，得克薩斯紅，Alexa680和Alexa750為內(nèi)核材料的復(fù)合熒光二氧化硅納米粒子。2熒光納米粒子在生命科學(xué)中應(yīng)用2.1熒光納米粒子直接用于生物檢測熒光納米粒子作為一種熒光探針已被廣泛應(yīng)用在生物標(biāo)記及醫(yī)療診斷領(lǐng)域。近年來國外已涌現(xiàn)出多家研制和開發(fā)熒光納米粒子生物熒光標(biāo)記的公司，如NanoTechOcean等，我國在這方面的研究正逐步展開，也出現(xiàn)開發(fā)納米熒光探針相關(guān)產(chǎn)品的一些公司，如武漢的珈

10、源公司就提供各種可用于生物的量子點探針?；谀壳皣鴥?nèi)外的研究現(xiàn)狀，要實現(xiàn)熒光半導(dǎo)體納米粒子在生物檢測中的應(yīng)用關(guān)鍵在于對熒光納米粒子的表面結(jié)構(gòu)和功能的準(zhǔn)確控制，而且納米粒子表面必需具有親水性官能團(tuán)。為了使TOPO法合成的油溶性量子點轉(zhuǎn)移到水相，主要采用表面包覆和表面置換兩種方法。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(jìn)一步將硅氧烷水解縮聚使微粒表面形成一種穩(wěn)定的

11、SiO2殼層。通過水解有機(jī)硅氧烷還可以形成具有胺基、脲丙基和羧基等活性官能團(tuán)的SiO2殼層。自1998年Alivisatos和Nie等提出用半導(dǎo)體納米粒子作生物熒光標(biāo)記的最初構(gòu)想以來，基于熒光量子點的生物偶聯(lián)得到蓬勃發(fā)展。熒光量子點用于生物偶聯(lián)主要依靠納米粒子表面的活性基團(tuán)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(tuán)與生物分子之間形成共價偶聯(lián)、靜電吸附、疏水作用和硅烷偶聯(lián)等。歸納起來，熒光納米粒子與生物分子偶聯(lián)主要有兩種方

12、法：一種是通過化學(xué)反應(yīng)，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(xiàn)偶聯(lián)。該方法通常用于較復(fù)雜的研究體系，如抗源抗體之間的識別、活體標(biāo)記及特異性標(biāo)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吸附偶聯(lián)，該方法適用于簡單體系。納米粒子與抗體偶聯(lián)后，利用抗源抗體間的特異性識別，可以將不同熒光納米粒子修飾在底物上，并對底物進(jìn)行跟蹤。迄今為止，納米粒子和生物分子的偶聯(lián)物已

13、經(jīng)在DNA雜化、免疫檢測、受體誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞作用和生物組織成像等方面得到應(yīng)用，而且納米粒子作為新一類的熒光標(biāo)記材料已經(jīng)逐步發(fā)展到活體細(xì)胞成像。將納米粒子直接用于生物檢測主要優(yōu)勢是利用納米粒子的高熒光穩(wěn)定性，可以在幾十分鐘到數(shù)小時研究細(xì)胞的過程中進(jìn)行實時跟蹤檢測；可以用多種顏色的納米粒子同時對細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞表面進(jìn)行多個靶向目標(biāo)研究；將納米粒子表面包覆有惰性物質(zhì)殼層，使納米粒子對細(xì)胞的毒性低于有機(jī)染料帶來的毒性。另外，人們還合成了近紅外發(fā)光的