量子点生物传感器中的表面修饰技术及其医学应用.pdf

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1、第42卷分析化学(FENX1HUAXUE)评述与进展第7期2014年7月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1061—1069DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．140308量子点生物传感器中的表面修饰技术及其医学应用刘星罗阳(第三军医大学第一附属医院输血科，重庆400038)摘要量子点作为一种新型的纳米发光材料已被广泛应用于生物学、材料学以及物理光学领域。基于量子点的荧光标记技术可以用于构建生物传感器，从而实现生物大分子或者是生物体内无机分子的快速、准确检测。量子点的表面修饰对于提高其荧光特性和降低生物毒性具有重要作用。现有的表面

2、修饰技术主要分为多基配体表面修饰技术、双亲性分子表面修饰技术、树枝状分子表面修饰技术、巯基偶联表面修饰技术以及空穴一链式表面修饰技术等几大类。上述修饰技术各具优缺点，可用于组建不同类型的生物传感器，实现各种生物分子的离体检测与在体示踪但各具优缺点。本文就量子点生物传感器中的最新表面修饰技术及其医学应用进展作一综述。关键词量子点；表面修饰；巯基丙酸；生物传感器；综述1引言量子点(Quantumdots，QDs)作为新型纳米发光材料，是近年研究的热点。基于其独特的发光特性与光物理学的性质，可用于建立新型量子点生物传感器系统。量子点是由有限数目的半导体材料(通常由IIB．VIB或IIIB．VB元

3、素组成)制成，量子点的典型尺寸在1O～50nm之间。由于量子点表面存在许多缺陷中心及表面相关的非辐射跃迁路径，从而导致表面原子具有较强活性，原子的不稳定性影响量子点的荧光量子产率。因此，制备高量子产率、高稳定性能及功能化的量子点一直是研究者追求的目标。研究表明，采用多种有机、无机或生物材料，通过一系列物理加工或化学反应将其连接到量子点的表面(又称表面修饰)，可以降低甚至消除量子点的表面缺陷，增强量子点光敏性、水溶性和生物相容性。目前，合成量子点的方法有很多，主要分为金属有机合成和水相合成两类方法_l'2J。水相合成的量子点发光强度高，但是生物相容性较差。水溶性量子点在生物相容性方面具有优势

4、，然而其量子效率较低，荧光发射强度较弱。Trung等I3认为，发光效率主要依赖于半导体表面或粒子内部陷阱的数量，当陷阱较多时，绝大多数电子以非辐射的形式去活化，发光效率明显降。因此，如何对量子点表面合理化修饰，提高量子点的荧光稳定性和溶液分散性以及生物相容性成为近期研究的热点。目前，量子点表面修饰技术包括多基配体、巯基偶联、双亲分子修饰、空穴一链式表面修饰、树枝状分子修饰等(图1)，其在生物传感器的应用中各有其优缺点。本文就不同的量子点表面修饰技术以及其在医学中的应用进行了综述2表面修饰技术2．1多基配体表面修饰技术配位体又称配体，是指配置在中心离子周围的各种配合物。配体中直接与中心离子键

5、合的原子称配位原子，每个配体同时以两个或两个以上的配位原子与一个中心离子配合的配体称多基配体(Multi—dentateligand)。多基配体修饰量子点的原理为配位络合，其机制是利用多基配体上的氨基或羧基与量子点的中心离子CdSe／CdS形成配合物，从而实现表面修饰⋯。2014-03-03收稿；2014-04-16接受本文系国家自然科学基金(No．81371899)，重庆市自然科学基金重点项目(No．CSTC2013JJB10012)，第三军医大学资助项目(No．WSS-2012-06)资助E-mail：luoyang@tmmu．edu．1211第7期刘星等：量子点生物传感器中的表面修饰

6、技术及其医学应用夹心法，利用CdTe的电化学发光对AFP进行了检测。在抗原浓度在10～200g／L范围内，检测电极的电化学发光与抗原浓度呈线性关系。其检出限达到临床检测要求，能够为肝癌诊断提供帮助。在临床中，由于量子点存在非特异性和毒性等问题，使得量子点用于肿瘤的检测与诊疗受到限制，双亲性分子或亲水性巯基包被的量子点生物相容性良好，采用双亲l生分子或巯基对量子点表面进行修饰，可以达到降低甚至消除毒性的目的，增加了生物安全性，有望更好地应用于肿瘤诊治。其次，量子点可作为分子成像剂，对肿瘤进行示踪、识别。通过荧光成像可实时定位早期肿瘤和潜在的肿瘤转移、寻找未彻底切除的肿瘤细胞。由此可见，功能化

7、量子点生物传感器在肿瘤诊治中的应用潜力巨大。3．2量子点生物传感器在重金属离子检测中的应用金属离子是保证人体细胞正常工作、运转的重要条件。重金属离子在体内的浓度过低或过高都会导致机体的代谢紊乱，严重者会出观中毒死亡等后果。研究发现，许多重金属离子(Pb“，cd，sn和Hg)可与含羧酸化合物的羧基结合，基于这一原理，重金属离子与巯基丙酸表面修饰的量子点共同构建离子型-量子点生物传感器平台，通过电子转移反应对量子点荧光产生猝