量子点的荧光共振能量转移在生物分析中的应用

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1、http://www.paper.edu.cn量子点的荧光共振能量转移在生物分析中的应用122*1*2马慧莲刘含智王丽萍徐淑坤李惟（1东北大学理学院，沈阳110004，2吉林大学生命科学学院，长春130023）摘要量子点良好的光谱特性和自身优点，使其可以作为生物荧光探针，而替代传统荧光染料，近年来这方面的研究已经取得了一定的进展。目前，量子点在共振能量转移方面的研究，进一步扩展了它在生物分析中的应用。这里我们介绍了量子点基于共振能量转移原理在生物分析中的应用，即利用量子点设计的两种类型的蛋白-蛋

2、白特异性结合分析和三种生物传感器的模型设计。关键词量子点，荧光共振能量转移，生物荧光探针，生物分析1引言1.1量子点发展概况量子点（quantumdots,QDs）又可称为半导体纳米晶体（semiconductornanocrystal）,是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒，目前研究较多的是CdX(X=S,Se,Te)，粒径尺寸在1-100nm之间。与传统荧光探针相比，量子点的激发光谱宽，可以被紫外到红外区间的任意波长光激发，发射光谱宽度窄并且呈对称分布，通过调节组成和大小可以

3、使其[1,2]发射出不同颜色的光。早期的QDs制备困难，而且虽然经过了不断改进，但由于它是在[3][4][5]水溶液中制备的，不适于生物应用。自从1998年Nie和Bruchez等制备并完善了量子点核-壳结构，使其可溶于水，量子产率提高，并且更加稳定，量子点作为荧光探针标记生[6-8]物分子的研究已经在细胞成像，免疫分析，DNA杂交等方面得到了有益的探索。张皓等[9]人在水相中成功合成了QDs，方法更简单反应条件也更温和，本研究小组使用的就是这种QDs，对QDs的分子修饰进行了进一步的研究，标记

4、了蛋白、胰岛素、小肽等，并成功定[9,10]位于细胞膜，细胞核等。1.2共振能量转移简介荧光共振能量转移（fluorescenceresonanceenergytransfer,FRET）是一种非辐射能量跃迁，通过分子间的电偶极相互作用，将供体激发态能量转移到受体激发态的过程，使供体荧光强度降低，而受体可以发射更强的它自己的特征荧光（敏化荧光），也可以不发荧光（荧光淬灭），同时也伴随着它们寿命的相应缩短和延长。作为共振能量转移供、受体对，荧光物质必须满足以下条件：1.供、受体的激发光要分得足够开

5、；2.供体的发射光谱与受体的激发光谱要重叠；3.供、受体的发射光谱要足够分得开。能量转移的效率和供体的发射光谱与受体的吸收光谱的重叠程度、供体与受体的跃迁偶极的相对取向、供体与受体之间的距离等有关。人们已经利用生物体自身的荧光或者将有机荧光染料标记到所研究的对象上，成功地应用于核酸检测，蛋白质[11,12]结构、功能分析，免疫分析，细胞器结构功能检测等诸多方面。1.3量子点应用于共振能量转移研究的优势传统有机荧光染料吸收光谱窄，发射光谱常常伴有拖尾，这样就会影响供体发射光谱与受体吸收光谱的重叠程

6、度，而且供、受体发射光谱产生相互干扰。最近的一些报道将发光量子点[13-18]用于共振能量转移研究，克服了有机荧光染料的不足之处。相对于传统有机荧光染料分子，--------------------------------------------------------------------------基金项目：教育部博士点基金资助项目20020145001联系人简介：王丽萍，女，1967年生，博士，副教授，Email：lipingwang67@sina.com.徐淑坤，女，1939年生，教授

7、，博士生导师，Email:xusk@mail.neu.edu.cn1http://www.paper.edu.cn量子点的发射光谱很窄而且不拖尾，这样就减少了供体与受体发射光谱的重叠，避免了相互间的干扰；由于量子点具有较宽的光谱激发范围，当它作为能量供体时，可以更自由地选择激发波长，以最大限度地避免对能量受体的直接激发；通过改变量子点的组成或尺寸，可以使其发射可见光区任一波长的光，也就是说它可以吸收光谱在可见区的任一生色团作能量供体，并且保证了供体发射波长与受体吸收波长的良好重叠，增加了共振能量

8、转移效率。2量子点共振能量转移应用于蛋白特异性结合的检测[13]较早用量子点的共振能量转移原理，进行蛋白-蛋白特异性结合研究的是Wang等人,他们用发射光谱为611nm、555nm的红、绿量子点分别标记牛血清白蛋白（BSA）和抗牛血清白蛋白抗体（IgG），当二者形成免疫复合物时，BSA上的红色量子点荧光增强，IgG上的绿色量子点荧光相应减弱，这是因为抗原、抗体彼此结合，将两种量子点拉得足够近，使其发生偶极-偶极相互作用，这时尺寸较小的绿色量子点的激发态能量转移给了尺寸较大的红色量子点激发态，即发