量子點作為生物熒光標記物的研究進展
為了弄清生物體內各種反應的機理，人們必須對生物體內各種蛋白質或者細胞的相互作用進行監控，過去主要用同位素和有機熒光染料標記細胞和生物分子來達到這一目的。
但眾所周知同位素和有機染料存在一系列的缺陷從而限制了其在生物活體內的應用。
量子點的出現解決了這一問題，并大有希望成為新一代生物熒光標記物。
量子點(Quantum dots，QDs)又稱半導體納米晶體（Semiconductor nanocrystal），是一種由Ⅱ-Ⅵ族(如CdSe、CdTe、CdS、ZnSe等)或Ⅲ-Ⅴ族（如InP、InAs等）元素組成的納米顆粒，目前研究較多的是CdSe、CdTe等。
量子點一般是直徑為1-10nm的球狀晶體，也有將其制成棒狀和四腳錐體狀的報道，但球狀量子點在生物學中的應用最為廣泛。因此本文將著重圍繞球狀量子點來對量子點的光學特性、制備方法及其作為熒光標記物在生物學中的研究進展作一簡要綜述。
1、量子點的光學特性
與傳統的有機熒光染料或鑭系配合物相比，熒光量子點具有以下光學特性：
(1) 量子點的發射波長可通過控制它的粒徑大小來“調諧”，因而可獲得多種可分辨的顏色。
以ZnS 包被的CdSe納米顆粒為例，當CdSe核心直徑為1.8nm時，發射藍光；當CdSe核心直徑為7nm時，發射紅光，不同尺寸大小的CdSe的熒光可涵蓋整個可見光譜。
(2) 不同大小的納米晶體能被同一波長的光激發并發出不同顏色的光，其激發光譜寬且連續分布，而發射光譜呈對稱分布且寬度窄，因此不同的量子點可以由同一波長的光激發，并允許同時使用不同光譜的量子點來進行生物標記。
而不同熒光染料分子需多個激發波長，且激發光譜窄，發射光譜寬，不同顏色熒光分子的光譜容易相互重疊，因而很難同時使用兩種以上的熒光分進行多色標記。
(3)量子點具有良好的光化學穩定性，可以耐受更強的激發光和更長的光發射周期。
染料熒光分子的激發和發射周期一般只有幾分鐘，而量子點通常可持續幾個小時，如ZnS包被的CdS量子點的穩定性是羅丹明6G的100倍。
2、量子點的合成
2.1合成方法
對于做生物熒光探針的量子點來說，目前主要有兩種合成方法：一種是在水相中合成，另一種是采用膠體化學的方法在有機相中合成．
1993年以前，量子點主要通過在水溶液中加入穩定劑如硫化甘油、聚磷酸鹽等制得。
近年來也有在水溶液中合成量子點的報道，如Lin 等采用巰基丙酸為穩定劑，通過靜電作用直接在水溶液中合成了CdTe半導體納米粒子。
在水溶液中直接合成量子點操作簡單，所用材料價格低、毒性小。
然而，在水溶液中合成的量子點熒光產率都很低，量子點的尺寸分布范圍也較大（相對標準誤差RSD>15%）。
科學家經過許多嘗試，都沒有完全解決水溶液中合成的量子點存在的熒光產率低、尺寸分布廣等缺點，因此近年來人們越來越多地采用在有機體系中合成量子點。
1993年，Murray等用(CH3)2Cd和TOPSe(Trioctylphospine selenide)作為前體在高溫的氧化三辛基磷(TOPO)溶液中合成了CdSe量子點。
這種方法能制備出具有良好結構的量子點和較小的尺寸變異系數
（RSD<5%），但是其熒光產率仍然很低（大約只有10%）。
后來，人們發現在量子點表面包被一層ZnS能顯著提高量子點的量子產率。
1996年，Hines等合成了ZnS包覆的CdSe量子點，其在室溫下的熒光產率顯著提高。
Dabbousi等在此基礎上，將其制備好的單分散的CdSe納米顆粒表面包覆了一層ZnS，將其量子產率提高到30%-50%。
近來，Peng等人對傳統的合成方法進行了改進，他們用CdO作為原料，一步合成了高熒光產率的CdS、CdSe、CdTe納米晶體。
相對于傳統的核/殼納米微粒，該方法合成的量子點在不進行表面包被的情況下也具有非常高的量子產率。
2.2 水溶性量子點的制備
采用膠體化學法在有機體系中制備量子點，其疏水表面限制了量子點在生物環境中的應用。
難以獲得生物相容性的量子點也是目前限制量子點在生物科學中應用的最大問題。
因此在與生物分子偶聯之前，必須先將其表面用一定的雙功能基團修飾，使其具備一定的水溶性同時又能與生物分子偶聯。
科學家通過不斷努力已發展了幾種制備水溶性量子點的方法。
Bruchez等首先報道了水溶性量子點的制備，他們直接用3-(巰基丙基)三氧甲基硅烷(MPS)取代氧化三辛基磷(TOPO)保護的（CdSe）ZnS量子點上的TOPO分子，再將三氧甲基硅烷水解，便在量子點的表面形成了一層帶有二氧化硅/硅氧烷的殼，然后再將量子點與一些雙功能的甲氧基化合物（如氨基丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基丙基脲等）反應，便制成了水溶性的量子點。另外一種制備水溶性量子點的方法是直接吸附一些雙功能配基，如Chan等將巰基乙酸和一種有機堿加入到TOPO保護的量子點的氯仿溶液中，有機堿將巰基和羧基上質子奪去后，量子點表面的Cd2+和Zn2+可通過靜電引力與巰基乙酸相結合，量子點便可以從有機溶劑中沉淀出來，從而獲得水溶性量子點。
硅烷化的QDs有很好的穩定性，但是每次只能制得微克量級的量子點，而且在中性pH條件下，量子點表面殘留的硅氧基易導致凝膠或沉淀生成。
相應地，通過直接吸附巰基乙酸雖然每次可獲得數克水溶性量子點，但巰基乙酸不穩定，很容易從量子點表面脫附，從而導致量子點團聚和沉淀。
為解決這些矛盾，研究者已另外探索出兩種制備方法：一種方法是通過疏水作用和離子相互作用在量子點表面包被一層蛋白質，初步結果表明蛋白質包被的QDs在緩沖液中至少能穩定存放兩年，其量子產率也與在氯仿中制得的QDs差不多；另一種方法是先制備內部鏤空的高分子小球（micell），然后將量子點裝入高分子小球的孔隙中，如Dubertret等將未進行任何表面改性的（CdSe）ZnS量子點直接裝入由聚乙二醇（PEG）、磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰膽堿（PC）混合組成的磷脂高分子微球的疏水核心，這樣制成的量子點微球大小均勻，形狀規則，幾乎不存在團聚情況。
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