量子點免疫層析檢測技術(shù)方興未艾

1、量子點免疫層析檢測技術(shù)方興未艾 免疫層析技術(shù)是一種快速、簡便、靈敏、直觀、價格低廉、可真正實現(xiàn)現(xiàn)場檢測的檢測方法。具有很多氣相色譜、高效液相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用色譜、液質(zhì)聯(lián)用色譜、毛細(xì)管電泳等儀器檢測方法以及其他傳統(tǒng)方法無法企及的優(yōu)點。在檢測領(lǐng)域中處于特殊重要的地位，同時也是傳統(tǒng)檢測和儀器檢測的良好補(bǔ)充。尤其在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，生活水平提高的今天，人類重大疾病，環(huán)境污染，食品安全等問題日益受到極大的關(guān)注，讓免疫層析檢測技術(shù)更具有巨大的潛力和蓬勃的生命力。 目前，免疫層析產(chǎn)品主要為膠體金免疫層析試紙條，其最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢驗，在早孕檢測中的應(yīng)用取得了極大的成功，隨后在各個領(lǐng)域迅速滲透漫延，其在毒品檢測、環(huán)境

2、檢測、以及食品安全檢測領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展，但是又出現(xiàn)新的問題，在很多方面，尤其是食品安全檢測領(lǐng)域，有些農(nóng)獸藥殘留限度極度苛刻，甚至要求0.1 ng/ml的檢測限度，同時食品類物質(zhì)如肉類、禽類、果蔬、谷物等成分復(fù)雜，前處理難度也很大，造成膠體金免疫層析檢測靈敏度無法勝任。除了進(jìn)一步提高前處理方法以外，尋求高靈敏度的免疫層析方法也顯得尤為重要。量子點是近 20 年來發(fā)展起來的半導(dǎo)體納米晶材料，因為它的優(yōu)良特性，受到了很大的關(guān)注，并且已經(jīng)顯示出一定的潛力，近幾年來從細(xì)胞標(biāo)記等應(yīng)用已逐漸開始向多個領(lǐng)域的檢測與診斷方向滲透。1、 量子點特性量子點(簡稱QDs,又稱半導(dǎo)體納米粒子)是由族或V族元素組成的

3、，半徑小于或接近于激光玻爾半徑，能夠接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光的一類半導(dǎo)體納米顆粒，其中研究較多的主要是CdX(x=S、Se、Te)，直徑約為2nm-6nm。量子點由于存在顯著的量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，從而使它具有常規(guī)材料所不具備的光吸收特性，使其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，特別是其在免疫生物學(xué)和臨床檢驗學(xué)等研究中的潛在的應(yīng)用價值，已引起了廣大科學(xué)工作者的極大關(guān)注，發(fā)光量子點作為熒光試劑探針標(biāo)記生物大分子，正是近年來迅速發(fā)展的納米材料在生物分析領(lǐng)域的重要應(yīng)用之一。與普通的熒光染料相比較，量子點具有以下特點：(1) 有機(jī)染料熒光分子激光譜帶較窄，每一種熒光分子必須用合適能量的光來激發(fā)，而且產(chǎn)生的熒光峰較寬，不對

4、稱，有些拖尾。這給區(qū)分不同的探針分子帶來困難，很難利用有機(jī)染料分子同時檢測多種組分。量子點由于量子限域效應(yīng)使其激發(fā)波長的范圍很寬，可以被波長短于發(fā)射光的光(一般短10nm以上)激發(fā)，并產(chǎn)生窄(半波寬約13nm)而對稱的發(fā)射光譜，從而避免了相鄰探測通道的串?dāng)_。(2) 量子點具有“調(diào)色”功能，不同粒徑大小的量子點具有不同的顏色，激發(fā)量子點的激發(fā)波長范圍很寬，且連續(xù)分布，所以可以用同一波長的光激發(fā)不同大小的量子點而獲得多種顏色標(biāo)記，是一類理想的熒光探針。(3)量子點的熒光強(qiáng)度強(qiáng)，穩(wěn)定性好，抗漂白能力強(qiáng)，Chan和Nie通過實驗證明ZnS包覆的CdSe比羅丹明6G分子要亮20倍和穩(wěn)定100-200倍，

5、可以經(jīng)受多次激發(fā)，且標(biāo)記后對生物大分子的生理活性影響很小，因此為研究生物大分子之間的長期作用提供了可能。(4)生物相容性好，尤其是經(jīng)過各種化學(xué)修飾之后，可以進(jìn)行特異性連接，細(xì)胞毒性低，對生物體危害小，可進(jìn)行生物活體標(biāo)記和檢測，而傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料一般毒性較大，生物相容性差。(5)熒光壽命長，典型的有機(jī)熒光染料的熒光壽命僅為幾納秒(ns)，這與很多樣本的自發(fā)熒光衰減的時間相當(dāng)。而量子點的熒光壽命可持續(xù)長達(dá)數(shù)十納秒(20ns-50ns)，這使得當(dāng)光激發(fā)數(shù)納秒以后，大多數(shù)的自發(fā)熒光背景已經(jīng)衰減，而量子點熒光仍然存在，此時即可獲得無背景干擾的熒光信號。圖1. 量子點二、量子點的合成方法目前合成量子點的

6、方法主要有兩種，一種是在有機(jī)體系中合成，即用金屬有機(jī)化合物在具有較強(qiáng)配位能力的有機(jī)溶劑中制備；另一種是在水溶液中直接合成。 1. 有機(jī)相合成法 量子點最早采用膠體化學(xué)方法在有機(jī)體系中制備的方法，將金屬和有機(jī)化合物混合在有配位性質(zhì)的有機(jī)溶劑中，在一定的溫度條件下就能生長出納米晶體。這類方法制備的量子點分散性、穩(wěn)定性都較好，不容易聚沉，表面修飾容易。早期合成的量子點往往存在量子點粒徑分布較廣、熒光產(chǎn)率偏低等缺點。1993年，Bawendi及其同事用二甲基鎘和硒的三辛基膦（TOP）配合物作為前驅(qū)體，將其依次注入劇烈攪拌的三辛基氧化膦（TOPO）溶液中，合成了高熒光產(chǎn)率的CdSe量子點，這種方法合成的

7、量子點結(jié)晶性好、尺寸單分散、量子產(chǎn)率約為10%。這種方法較以前來說是一種突破，但當(dāng)量子點制成水溶性時，其熒光產(chǎn)率會大大下圖2. 1996年，Hines成功合成了ZnS包覆的CdSe量子點降。后來人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把ZnS或CdS包覆在CdSe納米晶體表面后，熒光產(chǎn)率會大大提高。1996年，Hines等就用二甲基鋅和六甲基二硅硫烷作為量子點殼層前驅(qū)體制備了 CdSe/ZnS核殼式量子點，其量子熒光產(chǎn)率在室溫可達(dá)50%。但上述合成方法均采用(CH3)2Cd作為原料，而(CH3)2Cd的毒性很大，具有易燃、昂貴、室溫下不穩(wěn)定等特性；且當(dāng)(CH3)2Cd注入熱的TOPO后，可能產(chǎn)生金屬沉淀，這些缺點限制了上

8、述方法的推廣使用。2001年P(guān)eng等對以前的方法進(jìn)行了改進(jìn)，用毒性低安全友好的CdO代替原來有機(jī)相法中的劇毒原料二甲基鎘，在溫和的條件下制備了CdS包覆的CdSe量子點，并且其熒光量子產(chǎn)率可以達(dá)到50%以上。雖然有機(jī)相法合成的量子點有尺寸單分散，熒光量子產(chǎn)率高等優(yōu)點，但是因為油性量子點與生物環(huán)境不相容，并且制備方法不環(huán)保。如果要用在生物分析領(lǐng)域需要將油相量子點轉(zhuǎn)相為水溶性量子點。油相量子點經(jīng)過水溶性基團(tuán)飾轉(zhuǎn)移到水相中后，其量子產(chǎn)率會降低，因而在生物分析領(lǐng)域的應(yīng)用甚少。 2. 水相合成法 圖3. 1998年Gao等用TGA作穩(wěn)定劑，制備出水溶性CdTe量子點目前，多利用水溶性巰基試劑作為穩(wěn)定劑

9、直接在水相中合成量子點。巰基試劑對量子點的穩(wěn)定性及功能化起重要的作用，選擇帶有適當(dāng)官能團(tuán)的巰基化合物作為穩(wěn)定劑，對于控制量子點的表面電荷與表面特性極其重要，尤其當(dāng)需要水溶性量子點做熒光標(biāo)記時，穩(wěn)定劑的選擇就更為重要了。1994年，Vomeyer提出用巰基為穩(wěn)定劑合成CdS。這是首次提出用巰基為穩(wěn)定劑合成量子點。1996年Rogach等用水相法成功合成了巰基乙醇和巰基甘油包覆的CdTe量子點，并得到了較高發(fā)光效率。1998年Gao等用巰基乙酸（TGA）作穩(wěn)定劑，制備出水溶性CdTe量子點。后來Zheng等首先采用水熱法在溫和條件下合成了水溶性CdTe量子點，大大縮短了水相法制備CdTe量子點的時

10、間，其熒光量子產(chǎn)率也超過了30%。目前水熱法已經(jīng)成為直接用做生物熒光探針的量子點的主要合成方法。水相合成量子點CdTe的典型方法是首先將鎘鹽和巰基穩(wěn)定劑配成溶液，調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)膒H值，倒入三頸燒瓶中。碲氫化鈉前驅(qū)液的制備是通過硼氫化鈉還原碲粉反應(yīng)而得到的，然后將碲氫化鈉倒入配好的鎘鹽和巰基穩(wěn)定劑的溶液中，形成CdTe單體，不斷的加熱，CdTe逐漸長大，通過控制加熱時間，可得到不同粒徑的量子點。水相合成量子點，不僅解決了量子點的水溶性問題，而且采用帶羧基、氨基等的巰基穩(wěn)定劑對其表面進(jìn)行修飾，使得量子點能與生物分子上的氨基直接偶聯(lián)，因而可以直接用于生物醫(yī)學(xué)檢測。隨著水溶性量子點的性能不斷提高，良好的

11、生物相容性的水溶性量子點有望成為新一代生物熒光探針。三、量子點在免疫層析技術(shù)中的應(yīng)用 量子點免疫層析技術(shù)利用量子點熒光探針做為標(biāo)記物，不僅充分體現(xiàn)了免疫層析技術(shù)的簡便，快速，特異性強(qiáng)的優(yōu)點，而且展示了量子點的高靈敏度，以及它的熒光特性，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。目前深圳市金準(zhǔn)生物醫(yī)學(xué)工程有限公司開發(fā)的量子點免疫熒光層析定量測試平臺-干式熒光免疫分析儀（KF-Q001-A）是國內(nèi)首創(chuàng)。在此平臺上研發(fā)的降鈣素原（PCT）定量測定試劑盒量子點（QD）免疫熒光層析法也是國內(nèi)唯一一家成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并取得注冊證號(粵械注準(zhǔn)20152400386)的量子點診斷試劑。隨著發(fā)展和應(yīng)用趨勢，越來越多的

12、生物診斷試劑公司加入了量子點這個新興行業(yè)。與此同時，量子點免疫分析技術(shù)也在不斷地發(fā)展與改進(jìn)，就其發(fā)展趨勢來看，主要有以下幾個方面： 1. 優(yōu)化量子點熒光探針的制備，得到熒光強(qiáng)度高的QDs，檢測信號會隨著QDs的熒光增強(qiáng)而大大提高。單獨的量子點顆粒容易受到雜質(zhì)和晶格缺陷的影響，熒光量子產(chǎn)率很低，目前廣泛應(yīng)用的是以QDs為核心，用另一種半導(dǎo)體材料包覆形成核殼結(jié)構(gòu)后，如CdTe/ZnS，可將量子產(chǎn)率提高到約50甚至更高，并在消光系數(shù)上有數(shù)倍的增加，因而有很強(qiáng)的熒光發(fā)射,可大大提高檢測靈敏度，有利于信號的檢測。 2. 實現(xiàn)定量檢測。至今已有部分實驗室或公司研制出QDs熒光定量的儀器，從而可以定量檢測出待測物的濃度，這將使量子點免疫層析技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)的膠體金免疫層析技術(shù)不能定量的限制。 3. 量子點的多色檢測。QDs其中一個優(yōu)點就是具有可精確調(diào)諧的發(fā)射波長?？梢酝ㄟ^調(diào)整粒子尺寸來得到不同發(fā)射的熒光QDs，無需改變粒子的組成和表面性質(zhì)。使得量子點可以用于多種組分的多色標(biāo)記，實現(xiàn)多組份的同時檢測。這將比傳統(tǒng)的膠體金免疫層析技術(shù)的多元檢測體現(xiàn)出更大的優(yōu)勢，減少了不同抗體間的交叉反應(yīng)，特異性更強(qiáng)，相互間