生物纳米探针简介

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1、生物纳米探针简介杨帆*郭芷萱郭洋[1]维基百科中介绍，纳米颗粒通常指三位尺度都在100nm以内的颗粒。纳米晶体是纳米颗粒的一种，而与之相应的英文词“nanocrystal”则已经被EPIL公司注册为商标。其实纳米颗粒有悠久的历史。人们发现早在9世纪的工艺品中，就了有银、铜纳米颗粒的应用。当前，研究者们认为纳米颗粒在生物医学、光学、电子学等领域具有广泛应用潜力，进而在这方面的作了比较多的研究。在美国，还有专门为纳米颗粒研究而投入的社会基金（由NationalNanotechnologyInitiative提供）。纳米颗粒因具有一些不同

2、于宏观物质的特性，而受到了科学工作者的留意。研究者们观测到了一些和尺寸相关的物理性质，例如半导体纳米颗粒的量子束缚。半导体纳米颗粒是纳米颗粒的一种，当其足够小（通常小于10nm）时，电子能级会量子化。这时，它们也被称为“量子点”。这类纳米颗粒在生物医学中已有了初步应用，例如药物运送、在体成像等。同时，纳米颗粒对环境及健康的影响也在研究中。由于纳米颗粒的高表面积体积比值，它们如果具有与某些物质反应的特性，那么反应可能会非常活波。它们还可能穿入细胞膜进入细胞，与细胞内的物质进行一些可能存在而目前人们尚未知晓的反应。目前，FDA和一些其他

3、相关机构已经开始了关于纳米颗粒对环境及人类健康影响的研究。在生物医学领域，应用的纳米颗粒主要有量子点、胶体金、磁纳米颗粒等。本文将分别对上述三种材料做一简略介绍。*作者信息：杨帆，05医学实验，90513113，负责写作量子点介绍部分的初稿；郭芷萱，05医学实验，90513124，负责写作胶体金介绍部分的初稿；郭洋，05医学实验，90413126，负责写作磁纳米颗粒介绍部分的初稿。杨帆在自己的初稿的基础上，粗略整合了郭芷萱、郭洋的初稿，写成了作业的第二稿，即本文。整合的过程，基本保留了每篇原稿的风格与内容。由于时间的关系，整合工作主

4、要是在全文或每篇原稿的开头写一些介绍性质或衔接过渡的段落。[2]量子点[3]维基百科中介绍，量子点是激子在空间三个维度上都被束缚，性质介于宏观半导体物质与分散单分子之间的半导体纳米颗粒。在胶体环境中，人们可以合成多种量子点，包括CdSe,CdS,InAs,InP等。如果直径在2-10nm左右（约相当于10-50个原子排成一排的长度），一个量子点内总共包含的原子数目约为100到100,000个。胶体合成法相对简单、便宜、低毒害。利用这种方法，人们可以大量制备量子点。另外，一些量子点也可以用电化学的方法来合成。有一些量子点被包埋在另一种

5、具有相对较大能隙的物质中，形成核壳结构，例如CdSe-ZnS核壳结构（在300K时，CdSe和ZnS能隙分别为1.73eV和3.6eV）。量子点的一大光学特性是其颜色会随颗粒大小而变化，同种物质，颗粒大小不同，其发光颜色也不同。颗粒越大，其发射光子的能量越低，颜色越红，反之亦然。这是由于量子点的能隙与其颗粒大小的平方反相关，即较大的量子点具有更多空间排布更紧密的能级，而这就允许其吸收能量更低的光子，即谱线更靠近红色区域的光子。除了颜色，量子点的发光1寿命可能也和其颗粒大小相关，颗粒越大，寿命相对越长。而颗粒形状对量子点发光及寿命的影

6、响，目前尚未清晰。量子点由于其相对的高量子产率，在光学领域有重要应用；因其颗粒大小的可调节性，量子点在许多应用中都展现了优势。在生物医学研究中，各种经典的有机染料随着科学工作者越来越高的要求，已经日益难以满足期望，而这时量子点渐渐开始了弥补这些传统染料的不足。与传统有机染料相比，量子点染色更亮、更持久。量子点的染色稳定性使得分子或细胞的在体实时监测、成像成为可能。研究者在小鼠淋巴结中观测到量子点的时间甚至可以超过4个月。量子点的在体实时成像可以让人们观测到单个细胞的迁移，而这对胚胎形成、癌症转移、干细胞治疗、淋巴免疫等研究都有重要意

7、义。[4]MarcelBruchez,ShimonWeiss,A.PaulAlivisatos等研究者在1998年发表的文章中写道，在生物医学成像与诊断中，被用来作荧光探针的量子点，与传统的荧光染料相比，拥有一个更窄的、可调节的、对称的发射光谱，宽广的、连续的激发光谱，而且它染色的化学稳定性更强（见图1、图2）。他们在鼠3T3成纤维细胞上的单激发、双发射量子点标记实验，证明了量子点的上述部分优点。[4]图1.(A)颗粒大小及材料依赖的包有表面活性剂的各种量子点的激发光谱示意图。蓝色的峰系从右至左分别表示直径为2.1nm,2.4nm,

8、3.1nm,3.6nm,4.6nm的CdSe量子点的激发光谱；绿色峰系从右至左依次表示直径为3.0nm,3.5nm,4.6nm的InP量子点的激发光谱；而红色峰系从右至左则分别表示直径为2.8nm,3.6nm,4.6nm,6.0nm的