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CdSe/ZnS荧光量子点在生命科学应用

1、量子点的制备

   量子点自身的优点使其相关的合成方法也显得尤为重要。量子点的合成研究最初是为了得到单分散性好的纳米粒子,以便对其量子尺寸效应进行深入的研究。到目前为止,有关量子点的合成方法已有很多。然而,根据所采用原料和工艺的不同,概括起来大致可分为金属化合物-元素有机物合成路线和水相无机合成路线。

   以CdO取代Cd(CH3)2形成配合物,作为Cd的反应前体,得到高质量单分散的CdSe。对合成方法进行改进,选取合适的镉盐和磷酸氧化物配体,通过一步法成功得到了1.5~25nm的单分散CdSe。经过不断的改进,他们发展的这种合成方法已经可以用于商业化的-VI量子点的合成。

   直接水相合成是量子点制备的另一重要途径。采用巯基化合物如巯基乙酸、3-巯基丙酸等作为纳米粒子的稳定剂,巯基通过和粒子表面的镉原子配位来控制粒子的增长,同时提供稳定的电荷层保证分散体系的稳定性,选用不同的巯基化合物可方便地调节粒子表面的性质,得到不同用途的CdTe量子点。此外,巯基在表面镉原子的配位使CdTe表面形成一层钝化层,形成自然的核壳结构,通过光氧化可以使该结构更完整,从而获得高的荧光量子产率(室温量子产率在40%左右)。水相合成有很多优点:(1)采用水为合成介质,更接近绿色化学的标准;(2)普通的盐为原料,制备成本为有机法的1/10;(3)合成方法简单,无需特殊的无氧无水设备,一般的合成实验室能够制备,且可以批量生产;(4)无需进一步的表面亲水修饰即可以应用于生物荧光探针研究。此外,还有其他一些进一步提供量子点性质的研究。合金型量子点的合成,这种合金型量子点显示非线性光学性质,发射波长高于单独的量子点,处于近红外区,具有很高的穿透性,可以作为生物体内组织标记材料。该类型的量子点更为重要的一个特性是,在室温条件下,有着非常窄的发射光谱,仅为14~18nm,接近单粒子荧光峰的宽度。

2、量子点在生命科学中的应用

在生命科学领域,荧光图像技术是一种重要的手段,然而由于有机染料易于淬灭,无法对标记物进行长期的追踪及观察标记物的动力学过程。荧光蛋白的出现可以在一定程度上解决这一问题,但需使用基因工程技术制备可表达融合蛋白的质粒,进行细胞培养、基因转染等一系列操作,不易普及。量子点的出现,以其独特的优点,吸引生命科学家的注意,比较好地解决了上述存在的问题。

(1)    量子点的生物标记

量子点作为一种新型的荧光试剂,完全可以取代传统的有机染料,其优异的荧光性能将为生命科学技术带来新的突破,从而拉开了量子点在生命科学中应用的序幕。用两种不同大小(2nm和4nm)的二氧化硅包裹的CdSe/CdS量子点作探针,标记3T3成纤维细胞,生物分子通过静电和氢键或配体-受体与量子点表面相互作用而结合,从而实现标记。发绿色荧光的量子点结合到细胞核,发红色荧光的量子点结合到肌动蛋白丝上,同时在细胞中观察到红色和绿色的荧光(图3)。用巯基乙酸处理的CdSe/ZnS量子点与转铁蛋白结合,通过受体介导发生内吞作用,将量子点转运到 HeLa细胞中,进行HeLa的标记,说明连接了荧光量子点的转铁蛋白仍然具有活性。同时他们还将CdSe󰀁ZnS量子点与人IgG结合,再与特异性抗人IgG多克隆抗体孵育后,产生广泛的凝集反应,表明量子点标记免疫分子后能识别特异性抗体或抗原用于免疫化学研究(图4)。

荧光量子点表面修饰的方法,通过量子点与具有特异性识别作用的IgG 或亲和素连接成了特异性免疫荧光探针,系统地研究了探针在亚细胞水平上的标记效率,首次高分辨地观察到了细胞结构。用荧光量子点标记了神经细胞表面的抑制性神经传递素受体,实时观察了单个荧光量子点的运动情况,首次实现了量子点在活细胞体内单分子水平上的标记,跟踪并分析了单个神经传递素受体在神经细胞膜上的扩散动力学过程,并用电子显微镜成像证实了这一过程。该方法依靠量子点,用荧光成像和电子显微镜成像可以同时获得瞬时动力学信息和高分辨细胞定位信息,为在单分子水平上研究细胞动力学提供了一个强有力的手段。

(2)    量子点在活体成像方面的应用

   在量子点生物标记应用的基础上,人们开始将量子点应用于活体成像。将肽与量子点结合用于标记特定组织部位的内皮细胞受体。通过静脉注射将连有肽片段的量子点注入到小鼠体内,可以观察到量子点在特定的目标组织部位聚集,从而实现体内组织的可视化(见图5)。

磷脂嵌段共聚物囊泡包覆量子点制备得到量子点-囊泡材料。他们将这种量子点-囊泡材料注入到非洲瓜蟾(Xenopus)的单个早期胚胎内,观察胚胎的发育过程。研究结果表明当荧光量子点注入到双细胞胚胎中的一个细胞时,量子点自动限制在该注入细胞的子代中。在被注入量子点的细胞子代胚胎发育形成分裂球的发展过程中,量子点仍类似地限制在注入细胞的子代中。实验结果同时还表明所制备的量子点-囊泡材料几乎不存在毒性,胚分胎能正常发育,从而可以跟踪观察细胞的裂过程和分辨胚胎发育过程中的世系关系(见图6).

(3)    生物分析监测

      荧光量子点除了应用于上述的生物标记以及活体成像领域外,在生物分析监测领域也起着不可忽视的作用。将工程重组蛋白质通过静电作用结合到CdSe/ZnS核壳型荧光量子点上,然后再与抗体相连接,用于荧光免疫分析。使用这种制备的荧光探针,成功地实现对葡萄球菌产生的毒素B和2 4 6-三硝基甲苯的节能型免疫荧光分析。后来该小组又用不同粒径CdSe/ZnS量子点对霍乱、蓖麻毒素、类志贺病毒、葡萄菌肠毒素B四种病毒同时监测。通过荧光波长和荧光强度可以获得样品中的病毒种类和含量,完成对同一样品中不同病毒蛋白的同时监测分析的任务。

在传感器方面量子点也有着十分重要的应用。化学传感器方面,将CdS量子点固定在 薄膜中,发现许多气体可以对这种薄膜发生快速的响应,荧光强度可以增强或淬灭,表明基于不同种类和尺寸的量子点的传感器可以对多种气体同时进行快速检测。应用荧光共振能转移原理(FRET)可以将量子点用于生物传感器。量子点作为FRET的供体所引起的可以调节的发射谱可以满足任何受体的需要,其宽的激发谱便于选择不直接激发受体的激发光。将生物素标记的牛血清白蛋白连接到CdSe/ZnS表面,使之特异性地与四甲基罗丹明(TMR)标记的亲和素作用,观察到荧光量子点与TMR之间有荧光共振能量转移现象发生,导致染料荧光增强。若发生的是非特异性作用,则不能观察到染料荧光增强的现象。该实验的成功表明,基于量子点的FRET在监测抗原/抗体作用、DNA杂化等方面有着重要的实际应用前景。

量子点另一个重要的应用前景在于将不同数量、不同荧光发射色的荧光量子点组合,可以实现多色编码技术。根据计算可知,只需5~6种颜色结合6种发光强度的荧光量子点进行不同组合得到的荧光量子点微粒就可以形成10000~40000个可以识别的编码。如果增加发光强度的变化到10种,则可以提 供100万个可以识别的编码,理论上就可以对100万个不同的DNA或蛋白质进行编码。将不同数量不同荧光发射色的荧光量子点组合后装进聚苯乙烯微球中,从而形成具有不同光谱特征和亮度特征的可标记到生物大分子上的微粒。在模拟实验中利用这些制备的微粒在混合的DNA试样中进行检测,准备了3种颜色的微粒,并将他们连接到遗传物质的条带上,每种颜色对应一个特殊的DNA序列。在已知DNA与用染料标记的未知DNA进行杂交后,通过染料分子可以判断出杂交成功与否,通过光谱可以读出每种荧光量子点的发光强度的比例关系,从而可以判断出所连接的DNA(见图7)

【详细产品信息列表】：

四种油溶性CdSe/ZnS核壳荧光量子点：

（一）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdSe/ZnS核壳荧光量子点，表面基团为alkyl

Product name: CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdSeS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with alkyl surface ligand, in Toluene(490nm-650nm)

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: alkyl

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（二）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdSe/ZnS核壳荧光量子点，表面基团为十八胺或油酸，Octadecylamine or Oleic acid二种任意选。

Product name: CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdSeS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with Oleic acid or Octadecylamine(490nm-650nm)

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Octadecylamine or Oleic acid

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（三）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdSe/ZnS核壳荧光量子点，表面功能化活性基团为NH2-Amine functional ligands氨基。

Product name: CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdSeS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with amine surface ligand, in Toluene 490nm-650nm

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Amine(NH2)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（四）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdSe/ZnS核壳荧光量子点，表面功能化活性基团为COOH-Carboxy functional ligands羧基。

Product name: CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdSeS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with Carboxy surface ligand, in Toluene

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Carboxy (COOH)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

二种水溶性CdSe/ZnS核壳荧光量子点：

（一）：

产品简介：分散在水溶液中水溶性的CdSe/ZnS核壳荧光量子点，通过双流见修饰上PEG，表面功能化活性基团为COOH-Carboxy functional ligands羧基。

Product name: CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dot coated with PEG in water Carboxy functional

CdSeS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with PEG Carboxy functional, in water 500-600nm

Emisson tolerance: ±25 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Carboxy (COOH)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: water

PEG Molecular Weight: 1000

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（二）：

产品简介：分散在水溶液中水溶性的CdSe/ZnS核壳荧光量子点，通过双流见修饰上PEG，表面功能化活性基团为NH2-Amine functional ligands羧基。

Product name: CdSe/ZnS Core/Shell Quantum Dot coated with PEG in water amine functional

CdSeS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with PEG amine functional, in water(500-600nm)

Emisson tolerance: ±25 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Amine (NH2)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: water

PEG Molecular Weight: 1000

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

CdS/ZnS核壳型荧光量子点

（一）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdS-ZnS核壳荧光量子点，表面基团为alkyl

Product name: CdS-ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with alkyl surface ligand, in Toluene 500-640nm

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: alkyl

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（二）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdS/ZnS核壳荧光量子点，表面基团为十八胺或油酸，Octadecylamine or Oleic acid二种任意选。

Product name: CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with Oleic acid or Octadecylamine 500-640nm

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Octadecylamine or Oleic acid

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（三）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdS/ZnS核壳荧光量子点，表面功能化活性基团为NH2-Amine functional ligands氨基。

Product name: CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with amine surface ligand, in Toluene 500-640nm

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Amine(NH2)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（四）：

产品简介：分散在甲苯溶液中油溶性的CdS/ZnS核壳荧光量子点，表面功能化活性基团为COOH-Carboxy functional ligands羧基。

Product name: CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dot in Toluene

CdS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with Carboxy surface ligand, in Toluene   500-640nm

Emisson tolerance: ±10 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Carboxy (COOH)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: Toluene

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

二种水溶性CdS/ZnS核壳荧光量子点：

（一）：

产品简介：分散在水溶液中水溶性的CdS/ZnS核壳荧光量子点，通过双流见修饰上PEG，表面功能化活性基团为COOH-Carboxy functional ligands羧基。

Product name: CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dot coated with PEG in water Carboxy functional

CdS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with PEG Carboxy functional, in water 500-640nm

Emisson tolerance: ±25 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Carboxy (COOH)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: water

PEG Molecular Weight: 1000

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

（二）：

产品简介：分散在水溶液中水溶性的CdS/ZnS核壳荧光量子点，通过双流见修饰上PEG，表面功能化活性基团为NH2-Amine functional ligands羧基。

Product name: CdS/ZnS Core/Shell Quantum Dot coated with PEG in water amine functional

CdS/ZnS Fluorescent nanocrystals coated with PEG amine functional, in water 500-640nm

Emisson tolerance: ±25 nm

FWHM（半峰宽）: 25-35 nm

Quantum yield(量子产率):  50%-90%

Surface group: Amine (NH2)

Concentreation：5mg/ml

Solvent: water

PEG Molecular Weight: 1000

Storage: 4-25℃ in the dark, Do not freeze ,12 months

我公司还提供四种油溶性InP-ZnS核壳荧光量子点和二种PEG包裹的水溶性的InP-ZnS核壳荧光量子点。

相关产品介绍：

四种油溶性CdSe/ZnS核壳荧光量子点

二种PEG包裹水溶性CdSe/ZnS核壳荧光量子点

四种油溶性CdS/ZnS核壳荧光量子点

二种PEG包裹水溶性CdS/ZnS核壳荧光量子点

四种油溶性InP/ZnS核壳荧光量子点

二种PEG包裹水溶性InP/ZnS核壳荧光量子点

四种油溶性ZnSe/ZnS核壳荧光量子点

二种PEG包裹水溶性ZnSe/ZnS核壳荧光量子点 

以上资料源于西安瑞禧生物科技有限公司

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