[发明专利]基于量子点对细胞中重金属离子原位实时检测的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料用于标记生物体系的分析检测技术领域，更具体涉及一种量子点将细胞标记上荧光后利用细胞的荧光强度变化检测汞、铜等重金属离子与细胞相互作用效应的方法，可以用于原位实时检测细胞中的汞、铜等重金属离子含量，也可用于汞、铜等重金属离子对细胞生理活动影响的研究及细胞对汞、铜等重金属离子运输途径的研究。

背景技术

细胞是生物体的基本结构单位，生物的各项生理功能和反应，都是以细胞和其产物为物质基础进行的。大多数重金属离子以微量或痕量的水平存在于机体内，在各组织和循环系统中以流动态分布。重金属离子在转运蛋白的作用下，广泛地分布于各细胞组织中。金属离子及其化合物从胞外进攻细胞时，不但可以进入细胞，并且会与细胞发生多种相互作用。研究细胞中重金属离子的浓度水平及重金属离子与细胞的相互作用效应，在化学、生物学、环境科学、医药科学及生命科学等众多领域均具有重要意义。

量子点(Quantum dots，QDs)又称半导体纳米微晶体（Semiconductor nanocrystals），是半径小于或接近于激子玻尔半径的一类半导体纳米粒子。量子点具有一般纳米微粒的基本性质如表面效应、体积效应和量子尺寸效应，具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、可精确调谐的发射波长、可忽略的光漂白等优越的荧光特性。由于量子点粒径很小而比表面积很大，其光学性质受表面结构影响非常明显。小分子或离子等物质结合到量子点表面时，就会改变量子点表面组分以及电荷，甚至还会引起核心电子空穴的重组，导致荧光强度的增强或荧光猝灭。因此可以通过量子点荧光强度的变化，应用荧光猝灭方程或荧光加强效应方程来进行相应的分析。

目前，用于检测细胞内汞、铜等重金属离子的方法有多种，如原子吸收/发射光谱法，高效液相色谱法，电感耦合等离子体质谱法，电化学法，化学发光法等，这些方法具有较高的灵敏度和选择性并常用于定量分析，然而它们不适用于在生物体内原位实时检测汞、铜离子，不能描述汞、铜离子在细胞内的分布和动态变化。与上述方法相比，荧光检测法由于具有较好的选择性、高灵敏度、不影响细胞正常的生理功能和易于实现在线检测等优点而具有广泛的应用前景。寻找新的生物相容性好的金属离子生物荧光探针并将其运用到细胞中重金属离子的原位检测已成为现代生物分析中的一大前沿课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有检测技术中对细胞中重金属离子原位实时检测存在的困难，提供一种基于量子点对细胞中重金属离子原位实时检测的方法，方法操作简便，标记后细胞的荧光稳定时间长，荧光探针未显示细胞毒性，不影响细胞的正常生长。实现了对细胞中的外源重金属离子实时原位检测。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

本发明的基本构思是：部分金属离子与量子点结合后，可以改变量子点表面组分以及电荷，甚至还会引起核心电子空穴的重组，导致量子点的自身的荧光产生明显的猝灭效应，且荧光猝灭作用符合Stern-Volmer方程。而量子点对细胞的荧光标记，其实质是量子点通过内吞作用或细胞膜的孔隙进入细胞内或线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体和细胞核等细胞器内，与细胞中的蛋白质和酶发生了相互作用。因此当汞、铜等重金属离子进入细胞后，可以对细胞中的量子点荧光产生猝灭效应，从而在宏观上体现出细胞的平均荧光强度遭到了猝灭。通过对细胞平均荧光强度的检测并利用动态猝灭方程即可以获得进入细胞中汞、铜等重金属离子浓度的信息，达到对细胞内汞、铜离子原位实时检测的目的。

一种基于量子点对细胞中重金属离子原位实时检测的方法，包括如下步骤：