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1.5 荧光纳米微粒在生命科学中应用
1.5.1 荧光纳米微粒直接用于生物检测
纳米微粒作为一种荧光探针已被广泛应用在生物标记及医疗诊断领域。近年来国外已涌现出多家研制和开发荧光纳米微粒生物荧光标记的公司, 我国在这方面的研究正逐步展开。基于目前国内外的研究现状, 要实现荧光半导体纳米微粒在生物检测中的应用关键在于对荧光微粒的表面结构和功能的准确控制, 而且纳米微粒表面必需具有亲水性官能团。为了使TOPO法合 成的油 溶性微 粒转移 到水相, 主要采用表面包覆和表面置换两种方法。例如,在微粒表面包覆Si O2 壳层, Alivisatos等[24 25]利用巯基硅氧烷(MPS)置换微粒表面的TOPO分子, 然后进一步将硅氧烷水解缩聚使微粒表面形成一种稳定的SiO2壳层。通过水解有机硅氧烷还可以形成具有胺基脲丙基和羧基等活性能团的SiO2壳层。Nabiev等[26]利用各种巯基化合物分子对核壳结构的油溶性纳米微粒进行表面置换将其转换成水溶性纳米微粒, 同时在微粒表面提供了各种可用于生物偶联的官能团。由此可见, 巯基水溶液法合成的可以直接用于生物 分子偶联的荧光纳米微粒显得尤为重要。自1998年Alivisatos和Nie等[27]提出用半导体纳米微粒作生物荧光标记的最初构想以来,基于荧光微粒的生物偶联得到蓬勃发展。荧光微粒用于生物偶联主要 依靠纳米微粒表面的活 性基团如羧基、胺基、醇基和巯基等。一般利用纳米微粒表面活性基团与生物分子之间形成共价偶联、静电吸附、疏水作用和硅烷偶联等。归纳起来, 荧光纳米微粒与生物分子偶联主要有两种方法: 一种是通过化学反应, 即通过表面修饰有羧基或氨基的水溶性纳米晶与生物分子中的氨基或 羧基 形成酰 氨键,实现偶联[28]。该方法通常用于较复杂的研究体系,如抗源-抗体之间的识别、活体标记及特异性标记等。另一种是静电吸附方法,带电荷的纳米微粒可以与带相反电荷的生物分子通过静电相互作用吸附偶联[29 30],该方法适用于简单体系。Kotov等发现纳米微粒与含苯丙氨酸的血清蛋白偶联后, 荧光得到增强,这一现象归结为共轭苯丙氨酸的天线效应。纳米微粒与抗体偶联后, 利用抗源-抗体间的特异性识别, 可以将不同荧光纳米微粒修饰在底物上,并对底物进行跟踪。迄今为止,纳米微粒和生物分子的偶联物已经在DNA杂化、免疫检测、受体诱导的细胞内吞作用和生物组织成像等方面得到应用,而且纳米微粒作为新一类的荧光标记材料已经逐步发展到活体细胞成像[31]。将纳米微粒直接用于生物检测主要优势是利用纳米微粒的高荧光稳定性,可以在几十分钟到数小时研究细胞的过程中进行实时跟踪检测;可以用多种颜色的纳米微粒同时对细胞内或细胞表面进行多个靶向目标研究;将纳米微粒表面包覆有惰性物质壳层,使纳米微粒对细胞的毒性低于有机染料带来的毒性。另外,人们还合成了近红外发光的纳米微粒(NIRQD),如HgTe纳米微粒有较高的发光效率和近红外发射波长,为活体基因表达和酶活动研究提供了新的机遇[32]。
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