量子點(diǎn)在生物分析中應(yīng)用

1、關(guān)于量子點(diǎn)在生物分析中的應(yīng)用第一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2量子點(diǎn)概述 當(dāng)半導(dǎo)體材料降至一定臨界尺寸后，電子在三維上的運(yùn)動(dòng)受到了限制，表現(xiàn)出量子局限效應(yīng)。這類(lèi)材料都稱(chēng)為量子點(diǎn)（quantum dots，QDs） 量子局限效應(yīng)導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)或能隙變寬，具有類(lèi)似分子特性的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，受激后可以發(fā)射熒光。第二張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3量子點(diǎn)又稱(chēng)為半導(dǎo)體納米晶（nanocrystals，NCs）、半導(dǎo)體納米粒子（nanoparticles，NPs）-族：SiC，SiGe；量子點(diǎn) 種類(lèi)-族：CdSe，CdTe，ZnS，MgSe等；-族：G

2、aAs，InAs，GaSb等；族：Si，Ge；-族：PbSe；單量子點(diǎn)：Au，Pd，Co等；第三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4量子點(diǎn)的光學(xué)特性寬吸收峰：能吸收所有比它第一發(fā)射波長(zhǎng)更短的“較藍(lán)”的光。窄發(fā)射峰：具有非常窄且十分對(duì)稱(chēng)的熒光發(fā)射光譜。大斯托克斯位移：消除激發(fā)光和散射光等背景干擾。第四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5光穩(wěn)定性：抵抗紫外、化學(xué)物質(zhì)、生理代謝對(duì)其的降解。安全：細(xì)胞毒性低，可用于活細(xì)胞及體內(nèi)研究。高量子效率：熒光強(qiáng)度大，發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)，便于長(zhǎng)期跟蹤和保存結(jié)果。第五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6發(fā)射波長(zhǎng)尺寸可調(diào)：通過(guò)控制量子點(diǎn)大小或組成合成任

3、意所需發(fā)射波長(zhǎng)的量子點(diǎn)，達(dá)到同時(shí)檢測(cè)多種指標(biāo)的要求。獨(dú)特優(yōu)越的光學(xué)、電子和表面可修飾性！第六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7量子點(diǎn)的應(yīng)用光電子學(xué)方面的應(yīng)用：電致發(fā)光的光電子器件80s后期，生物學(xué)家開(kāi)始關(guān)注量子點(diǎn)在生物學(xué)方面的應(yīng)用；1998年，Alivisatos和Nie研究小組的工作：半導(dǎo)體量子點(diǎn)在生物學(xué)研究的應(yīng)用取得重大突破。第七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月8M. Bruchez, M. Moronne, P. Gin, Weiss, A. Alivisatos. Science. 1998, 281: 2013-2016.采用兩種QDs標(biāo)記3T3小鼠纖維原細(xì)胞。一

4、種發(fā)綠色熒光（2nm）：經(jīng)TEOS、尿素及乙酸作用后，對(duì)細(xì)胞核具有很強(qiáng)親和力；一種發(fā)紅色熒光（4nm）：表面經(jīng)生物素修飾后，與親和素修飾的肌動(dòng)蛋白絲發(fā)生特異性吸附。QDs用于熒光生物標(biāo)記第八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9QDs用于非同位素標(biāo)記生物分子的超靈敏檢測(cè)Warren C, Nie S M. Science, 1998, 281(5385): 2016-2018.QDs表面連接上巰基乙酸（HS-CH2COOH),從而使量子點(diǎn)既具有水溶性，還能與生物分子（如蛋白質(zhì)、多肽、核酸等）結(jié)合，然后通過(guò)光致發(fā)光檢測(cè)出QDs，從而使生物分子識(shí)別一些特定的物質(zhì)。第九張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)

5、作于2022年6月10ABCoriginal QDsmercapto-solubilized QDsQD-IgG conjugates轉(zhuǎn)鐵蛋白與量子點(diǎn)共價(jià)交聯(lián)，在受體的介導(dǎo)下發(fā)生內(nèi)吞作用，轉(zhuǎn)移至HeLa細(xì)胞中，證明連接的量子點(diǎn)仍具有生物活性。第十張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11兩個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)： 發(fā)揮QDs的水溶性 將QDs與生物分子的偶聯(lián)第十一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月12基于QDs與生物分子間的特異性相互作用構(gòu)建量子點(diǎn)-生物復(fù)合探針特異性靶向作用保持熒光強(qiáng)度及穩(wěn)定性減少其他分子非特異性吸附第十二張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月13量子點(diǎn)的制備Top-dow

6、nBottom-up晶體表面刻蝕組成器件化學(xué)制備生物標(biāo)記有機(jī)相制備水相制備第十三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月14前驅(qū)體穩(wěn)定劑：巰基乙酸、巰基乙醇、2-硫代二乙醇、左旋半胱氨酸等形成的量子點(diǎn)類(lèi)型：CdSe傳統(tǒng)核型，CdSe-CdS核-殼型，CdTe-CdS-ZnS核-殼-殼型，Eu摻雜CdSeie：在絕氧的條件下，向以巰基乙酸為穩(wěn)定劑的CdCl2溶液中引入H2Te氣體，通過(guò)高溫或微波，使量子點(diǎn)快速成核及生長(zhǎng)。陽(yáng)離子：Zn2+、Cd2+等；陰離子：Te2-、Se2-等。第十四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月15量子點(diǎn)的表面修飾與生物功能化 1、使用雙功能試劑，與量子點(diǎn)表面金

7、屬離子配合第十五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月163、對(duì)量子點(diǎn)表面進(jìn)行硅烷化處理，并嵌入可與生物分子連接的官能團(tuán) 2、表面修飾有三正辛基氧化磷（TOPO）的量子點(diǎn)先與雙親聚合物的疏水長(zhǎng)鏈以疏水作用力相結(jié)合，再通過(guò)聚合物的親水基團(tuán)與生物分子連接第十六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月174、在量子點(diǎn)表面修飾帶負(fù)電荷的基團(tuán)，通過(guò)電荷作用力與帶正電的生物分子結(jié)合5、將量子點(diǎn)并入帶空隙的微珠或納米級(jí)的微球中，形成膠囊，再通過(guò)雙功能試劑將微球與生物分子連接第十七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月18 生物成像 熒光免疫分析 生物芯片 生物傳感器 基于FRET研究生物分子間作用

8、第十八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月19Wu X, Liu H, Liu J, Nat Biotechnol, 2003, 21（1）: 41-46Wu等將CdSe/ZnS量子點(diǎn)與羊抗鼠IgG或鏈霉素結(jié)合，并將其作為二抗與抗Her2的單體克隆抗體進(jìn)行免疫反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞的特異性檢測(cè)。QDs用于生物成像技術(shù)第十九張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月20a.PEG-coated CdSe/ZnS量子點(diǎn)標(biāo)記的小鼠肺部：血管、腫瘤細(xì)胞、腫瘤中的血管和淋巴管b.近紅外熒光QDs被前哨淋巴結(jié)吸收。組織成像Kim S, Lim Y T, Soltesz E G. Nat. Biot

9、echnol. 2004, 22:93-97第二十張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月21c.包含各種量子點(diǎn)的不同顏色的微珠被注射到小鼠體內(nèi)用于活體成像d.用連接有抗體的紅色量子點(diǎn)進(jìn)行小鼠活體內(nèi)前列腺癌細(xì)胞的特異性標(biāo)記和成像X Gao, M L. Richard, Shuming Nie. Nat. Biotechnol, 2004, 22: 959-960活體成像第二十一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月22QDs用于免疫分析是臨床醫(yī)學(xué)上鑒別某些生物標(biāo)志的重要生物技術(shù)手段。同時(shí)分析多種熒光物質(zhì)有機(jī)熒光染料？量子點(diǎn)量子點(diǎn)與免疫球蛋白IgG結(jié)合，再捕捉抗原第二十二張，PPT共四十一

10、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月23Goldman E R, Clapp A R, Anderson G P. AnaL Chem, 2004, 76(3): 684Goldman等人用四種不同顏色的量子點(diǎn)分別于抗霍亂毒素、蓖麻毒素、志和菌毒素1和葡萄球菌腸毒素B的抗體偶聯(lián)，在一個(gè)微孔板上實(shí)現(xiàn)了四種毒素的同時(shí)檢測(cè)。第二十三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月24QDs應(yīng)用于生物芯片技術(shù)量子點(diǎn)色彩的多樣性滿足了對(duì)生物高分子（蛋白質(zhì)、DNA）所蘊(yùn)含海量信息進(jìn)行分析的要求將聚合物和量子點(diǎn)結(jié)合形成聚合物微珠，微珠可以攜帶不同尺寸（顏色）的量子點(diǎn)，被照射后開(kāi)始發(fā)光，經(jīng)棱鏡折射后傳出，形成幾種指定密度譜線（

11、條形碼），這種條形碼在基因芯片和蛋白質(zhì)芯片技術(shù)中有光明的應(yīng)用前景。第二十四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月25CdSe/ZnS與有機(jī)磷水解蛋白（OPH）通過(guò)靜電作用偶聯(lián)，測(cè)定對(duì)氧磷。QDs應(yīng)用于生物傳感器第二十五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月26X Ji, J Zheng, K. R. Vipin, M. L. Roger. J. Phys. Chem. B, 2005, 109, 3793-3799第二十六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月27QDs基于FRET研究生物分子間相互作用1)能量供體的發(fā)射光譜與能量受體的吸收光譜必須重疊；2)能量供體與能量受體的熒光

12、生色團(tuán)必須以適當(dāng)?shù)姆绞脚帕校?)能量供體、能量受體之間必須足夠接近，這樣發(fā)生能量轉(zhuǎn)移的幾率才會(huì)高發(fā)生FRET的條件：第二十七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月28C Zhang, L.W. Johnson, Anal. Chem. 2009, 81: 30513055第二十八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月29Single Quantum Dot-Based Nanosensor for Multiple DNA Detection基于單量子點(diǎn)納米傳感器用于多DNA檢測(cè)Chunyang Zhang, Juan Hu. Anal. Chem. 2010, 82, 1921-19

13、27QDs用于DNA檢測(cè)第二十九張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月30傳 統(tǒng)DNA檢測(cè)生物傳感器單分子檢測(cè)核酸雜交技術(shù)聚合酶鏈反應(yīng)操作復(fù)雜，條件難控制，耗時(shí)長(zhǎng)，靈敏度受限制雙色重合法雙色熒光交聯(lián)光譜檢測(cè)單個(gè)靶分子底物，熒光光譜重疊干擾第三十張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月31基于單量子點(diǎn)納米傳感器本文根據(jù)量子點(diǎn)的寬激發(fā)譜帶，窄且對(duì)稱(chēng)性好的發(fā)射譜帶，高量子產(chǎn)率，光穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，基于雙色同時(shí)檢測(cè)法（two-color coincidence）以及熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）檢測(cè)法，在均相體系中的單分子水平下多通道檢測(cè)HIV-1和HIV-2。納米傳感器是以納米級(jí)離子為敏感材料，能

14、夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件或化學(xué)組成，并將探知的信息傳遞給其他裝置的功能單體或儀器。第三十一張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月32two biotinylated capture probes：capture probe 1, 5-TAG TAA GAA TGT ATA GC-3-TEG-Biontin；capture probe 2，5-GCA ACT AAA TTC A-3-TEG-Biontin。two alexa fluor reporter probes：reporter probe1，Alexa Fluor 488-5-CTG GGA TTA AAT AAA A-3；

15、reporter probe2，Alexa Fluor 647-5-AAA GGA CCA GGC-3。two target oligonucleotides：target DNA1 for HIV-1，5-GCT ATA CAT TCT TAC TAT TTT ATT TAA TCC CAG-3；target DNA2 for HIV-2，5-TGA ATT TAG TTG CGC CTG GTC CTT T-3。Experimental Section 第三十二張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月33The hybridization experiments：Buffered sol

16、ution（pH=8.0）：100mM tris-HCl、10mM (NH4)2SO4，3mM MgCl2T=40, t=30mins, Mix biotinylated capture probes, Alexa Fluor 488- and Alexa Fluor 647-labeled reporter probes, and the target DNAs.（capture probes: repoter probes=1:1）.At room temperature, Add the streptavidin-coated 605-nm-emission QDs(605QDs c=2

17、.510-11M).第三十三張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月34Schematic view of the experimental apparatus used for simultaneous detection of the photons emitted from the 605QD, Alexa Fluor 488, and Alexa Fluor 647. Photons emitted from the 605QD, Alexa Fluor 488, and Alexa Fluor 647 were separated by three dichroic mirrors

18、 and etected by three avalanche photodiodes (APDs), respectively.第三十四張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月35The normalized absorption and emission spectra of the 605QD, Alexa Fluor 488, and Alexa Fluor 647. Blue line, absorption spectrum of Alexa Fluor 488; green line, emission spectrum of Alexa Fluor 488; black li

19、ne, absorption spectrum of the 605QD; magenta line, emission spectrum of the 605QD; cyan line, bsorption spectrum of Alexa Fluor 647; red line, emission spectrum of Alexa Fluor 647.第三十五張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月36Results and Discussion 第三十六張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月37Representative traces of the fluorescence

20、bursts from Alexa Fluor 488, the 605QD, and Alexa Fluor 647 detected with a single QD-based nanosensors for multiple DNA detection in a microfluidic flow. The fluorescence signals of Alexa Fluor 488 were shown in green. The fluorescence signals of the 605QD were shown in blue. The fluorescence signals of Alexa Fluor 647 were shown in red.第三十七張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月38第三十八張，PPT共四十一頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月39ConclusionsThe QD functioned as both a fluorescence pair for coincidence detection and a FRET donor for FRET detection.Functioned as a loc