[发明专利]一种量子点生物分子功能化的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学和生物的学科交叉学科领域，具体涉及一种量子点生物分子功能化的方法。

背景技术

纳米技术是一项涵盖生物学、化学和物理学的多学科跨领域技术，已经广泛渗透于化学、生物、医学、材料等诸多领域。特别是功能纳米材料，对于化学生物分析的影响有着更加深远的意义，量子点是近年发展起来的一种半导体荧光纳米颗粒，具有许多优良的光谱性能，作为一种新型荧光探针，极大地推动了化学生物分析等研究领域的进展。

量子点又叫半导体纳米晶，通常是由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-V族元素组成的稳定的、尺寸介于l nm~20nm之间的纳米微晶体。其具有许多优良的光学特性：(1)量子点的荧光发射光谱窄而对称，荧光发射波长可调，且覆盖范围可从紫外到近红外区。(2)量子点的吸收光谱宽且连续，可实现一元激发，多元发射，适合于多色标记。(3)量子点具有较强的光学稳定性。CdSe/ZnS量子点的光稳定性是罗丹明6G的100倍以上。(4)量子点摩尔吸光系数可以高达10⁶L·(mol·cm)^-1，且荧光量子产率高（50~80%），因而可产生较强荧光信号。(5)量子点斯托克斯位移较大，荧光寿命长（20~50ns），使得信号可以显著区分于背景和其它荧光基团。量子点是一种理想的应用于超灵敏和多组分生物化学分析的荧光探针。量子点荧光探针的主要应用有：(1)免疫荧光检测。将量子点与抗体结合用于荧光免疫分析和检测。(2)细胞成像。量子点纳米晶体用作细胞内的荧光标记物，可进行长时间、多分子同时检测。(3)病理组织检测。量子点荧光稳定性、灵敏度显著增强，广泛用于病理组织标本的多重标记和分子水平的分析。(4)活体成像。量子点作为荧光探针可追踪活体，用于活体方面的研究。

量子点的制备方法按照反应溶剂的不同，可简单分为水相和有机相合成两类。前者主要是采用巯基化合物（如巯基乙酸等）作为量子点的稳定剂。该方法虽合成简单，无需进一步表面亲水修饰即可应用，但是量子点的生长速率、结晶性、发光效率都远远不及有机相合成的材料。有机相合成由于反应温度较高，所得量子点荧光量子产率较高，带边吸收峰尖锐，荧光半峰宽较窄，因此更加得到人们的亲睐。量子点的有机相合成主要是以Cd、Zn的氧化物等为原料，采用长链脂肪酸、脂肪胺和其他种类的磷酸氧化物等作配体。以十八烯、三辛基氧化磷等高熔点有机化合物为溶剂，在高温条件下生长得到高质量的荧光量子点。

虽然有机相合成的量子点光学性质远较水相合成的优越，但有机相合成的量子点需要进行表面修饰，以应用于化学生物分析等领域。表面修饰策略主要有两种：一种是配体交换，用含巯基等的水溶性化合物取代量子点表面的有机配体，使量子点具有水溶性；另一种聚合物修饰，利用两亲性化合物与量子点表面包裹的有机配体化合物的疏水相互作用，将疏水分子自组装到量子点表面使其在水中稳定存在。采用配体交换的方法获得的量子点，由于交换过程中受配体及溶剂环境影响，转为水溶性后，量子点荧光性质有较大减弱，且稳定性也较差；聚合物修饰后量子点，虽其表面性质变化不大，但在修饰过程较复杂，量子点转化不完全，量子点荧光也有一定的减弱，如文献ACSNANO,2008,2(7):1341–1352。

量子点具有水溶性，可进一步生物分子功能化。最常用的方法是基于1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺(EDC)/N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)法对量子点进行生物功能分子（如蛋白质)修饰，将纯化后的量子点溶液与EDC/NHS混合，纯水或缓冲液作为反应介质，室温活化后，加入一定量的蛋白质，反应一定时间后，得到蛋白质修饰的量子点。专利200510096210.6，采用EDC/NHS方法，使氨基化二氧化硅纳米粒子与抗体结合，制得抗体-量子点复合物。

亦有直接把生物分子修饰到量子点表面的方法，如专利ZL03118483.9。可在有机溶剂中将蛋白质分子（如牛血清白蛋白(BSA)、免疫球蛋白(IgG)等）修饰到量子点表面。该方法虽简单，但修饰效率很低，大量的量子点修饰过多或没修饰上蛋白质而团聚并不溶于水溶液中，并且修饰前后有较大的降低。

现有量子点标记技术主要存在如下缺点：

1、以巯基配体置换转为水溶性的量子点，置换前后量子点荧光有较大的减弱，且转化不完全；以聚合物包被转为水溶性的量子点，包被前后量子点转化不完全，且荧光有一定的减弱。