量子点：免疫层析检测的新宠儿

量子点（Quantum dot，QD，又称半导体纳米粒子）一般由周期表中II族到VI族或III族到V族元素制成，直径在2到6纳米。其中研究较多的为CdS、CdSe、CdTe等为原材料的量子点。由于量子点本身独特的量子效应和表面效应，带来普通材料无法比拟的光吸收特性，使量子点得到检测与诊断行业极大关注，特别是在免疫生物学和临床临床检验学等研究中量子点显现出巨大潜在应用价值。

量子点相对普通有机荧光染料具有一下特点：

·        荧光光谱特异性高

传统有机荧光染料，如FITC异硫氰酸荧光素，激发光谱较窄，只能允许某一特定波长范围的激发光，并产生一个较宽、不对称且带有拖尾的发射光光谱范围，导致识别临近发射光谱的其他荧光素非常不准确，不利于有机染料同时检测多个标记物。相反，量子点因其量子限域自带范围较宽的激发波长，只需短波长的激发光（>10nm即可）就可产生窄而对称的发射光谱，很好得避免了相邻探测通道的串扰。

·        调色功能

量子点的颜色由量子点自身粒径决定。配合量子点较宽且连续分布的激发光谱，可以仅使用一个波长的激发光照射大小不同的量子点而获得多种颜色标记，赋予理想荧光探针的功能。

·        高荧光强度, 持续时间久

量子点的荧光强度，稳定性和抗漂白能力都不是有机荧光素能相提并论的。经过研究已经得到论证，CdSe对比Rhodamine 6G分子（某有机银光素）亮度超过20倍，稳定性超过100-200倍，并可多次暴露于激发光下。通常量子点的荧光寿命长达20至50ns，而有机荧光素只能维持几纳秒。这表示在激发光照射数纳秒后，来自背景的自发荧光已经消逝，而量子点的荧光信号仍可以被捕捉到，最终呈现出无干扰的荧光信号。

·         生物兼容性

在量子点完成各种化学修饰后，可对多种生物样本进行特异性链接，且只携带很低的细胞毒性，对活体标本的危害性小，利于生物活体标记和检测；一般有机荧光素毒性较大，生物兼容性较差。

量子点与传统荧光素的对比

目前最常用的制备量子工艺包括有机体系中合成，即用金属有机化合物在具有较强配位能力的有机溶剂中制备；另一种是在水溶液中直接合成。 

采用胶体化学方法在有机体中合成是量子点制备最早的工艺。简单来说就是将金属和有机化合物混合在有配位性质的有机溶剂中。在一定的温度条件下就能生长出纳米晶体。此工艺生产出的量子点具有均匀分散性、高稳定性，不容易聚沉，表面修饰容易的特点。早期通过此方法合成的量子点往往存在量子点粒径不均一、荧光产率偏低等问题。后期，通过二甲基镉和硒的三辛基膦配合物作为前驱体，注入剧烈搅拌的三辛基氧化膦溶液中可合成高荧光产率的CdSe量子点，结晶性好、尺寸单分散、量子产率约为10%。经过研究发现，如果把ZnS或CdS包覆在CdSe纳米晶体表面后，荧光产率会大大提高。但上述合成方法采用(CH₃)₂Cd作为原料，携带较大毒性，具有易燃、昂贵、室温下不稳定的缺点；且当(CH3)2Cd注入热的的三辛基氧化膦溶液中，容易产生金属沉淀。这些缺点限制了上述方法的应用。毒性较低的CdO可用来代替原来有机相法中的剧毒原料二甲基镉。在温和的条件下制备了CdS包覆的CdSe量子点，并且其荧光量子产率可以达到50%以上。虽然有机相法合成的量子点有尺寸单分散，荧光量子产率高等优点，但是因为油性量子点与生物环境不相容，并且制备方法不环保。在生物分析领域，需要将油相量子点转相为水溶性量子点。油相量子点经过水溶性基团饰转移到水相中后，其量子产率会降低，因而在生物分析领域的应用较少。 

水相合成法是利用水溶性巯基试剂作为稳定剂直接在水相中合成量子点。巯基试剂对量子点的稳定性及功能化起重要的作用。选择带有适当官能团的巯基化合物作为稳定剂，对于控制量子点的表面电荷与表面特性极其重要，尤其当需要水溶性量子点做荧光标记时，稳定剂的选择就更为重要。水相合成量子点CdTe的典型方法是首先将镉盐和巯基稳定剂配成溶液，调节到适当的pH值。通过硼氢化钠还原碲粉反应制备碲氢化钠前驱液，然后将碲氢化钠倒入配好的镉盐和巯基稳定剂的溶液中，形成CdTe单体。CdTe在持续加热的条件下逐渐变大。通过控制加热时间，可得到不同粒径的量子点。水相合成法不仅解决了量子点的水溶性问题，而且采用带羧基、氨基等的巯基稳定剂对其表面进行修饰，使得量子点能与生物分子上的氨基直接偶联，因而可以直接用于生物医学检测领域。随着水溶性量子点的性能不断提高，良好的生物相容性的水溶性量子点有望成为新一代生物荧光探针。

目前量子点在医学检测领域，如层析检测法（chromatography）与检测试剂制备，如新型免疫荧光抗体，收到极大关注。传统免疫层析产品主要为胶体金免疫层析试纸条，其最早应用于医学检验，在孕检应用中取得了极大的成功，随后在各个领域迅速渗透漫延，其在毒品检测、环境检测、以及食品安全检测领域得到了迅速的发展，但是又出现新的问题。在很多方面，尤其是食品安全检测领域，有些农兽药残留限度极度苛刻。量子点免疫层析技术利用量子点荧光探针做为标记物，充分体现了免疫层析技术的简便、快速、特异性强的优点。随着发展和应用趋势，越来越多的生物诊断试剂公司加入了量子点这个新兴行业。与此同时，量子点免疫分析技术也在不断地发展与改进，就其发展趋势来看，主要有以下几个方面：
 

1.    优化量子点荧光性能：检测信号与量子点荧光强度有直接相关性。检测信号会随着QDs的荧光增强而大大提高。单独的量子点颗粒容易受到杂质和晶格缺陷的影响，荧光量子产率很低。目前广泛应用的结构是以量子点为核心外部包裹半导体材料，量子产率就可提高至少50％，并在消光系数上有数倍的增加，因而有很强的荧光发射,可大大提高检测灵敏度，有利于信号的检测。 

2.    实现定量检测：目前行业中已经出现成行的真对量子点的荧光定量设备，如Nanogen^TM量子免疫荧光定量平台，可将检测物浓度与荧光强度进行关联。检测结果从之前胶体免疫层析技术只能做到的定性结果变为定量结果，使检测更有临床意义，更有针对性。

3.    实现多色检测：利用量子点可精确协调发射波长的优势，在不改变粒子组成和表面性质的前提下，通过调整粒子尺寸获得不同发射光色的量子点。这使得量子点可以用于多色标记，实现多组份的同时检测，比传统的胶体金免疫层析技术的多元检测体现出更大的优势，减少了不同抗体间的交叉反应，特异性更强，相互间不会产生干扰。

当然由于量子点在应用中也存在许多问题，需要逐步解决。量子点在不同状态之间的转换而出现的荧光闪烁问题导致对单个量子点的检测结果造成影响。其次，由于量子点是被逐渐激发，荧光信号会在检测过程中慢慢增强；信号不稳最终将影响检测结果。另外，量子点在经过表面修饰以后，荧光产率会有不同程度的下降。且经表面修饰后很难确定量子点和生物分子结合的数量，将增加定量检测的难度我。最后，量子点研发成本高，产品应用还没有得到较好的接受度。这些问题的解决将有助于充分发挥量子点技术的应用效果。