［ &* + ,- ］ （ !()） 。在鼠的前肢皮下和 的定位标记成像， 如非小细胞肺癌、 食道癌等癌症和胸膜部位疾病等
猪的腹股沟皮下注射近红外荧光量子点做为肿瘤细胞淋巴示踪， 通过近红外荧光成像系统观察到量子 点被引流到前哨淋巴结。该方法是确定癌症是否扩散到身体其它部分的第一步， 也是最关键的一步。 近红外荧光量子点成像系统可同时显现外科手术区域和淋巴液排泄途径及节点， 提供实时可视化成像
［ #% ］ ［ !1 ］ 量子点在活细胞成像中的应用除细胞核外， 还被用于细胞内源蛋白 、 表皮蛋白 、 细胞内组 ［ !2 ］ ［ !3 ， !4 ］ 分 、 及细胞内外受体运输途径 的研究。量子点进入细胞的途径也可以不经修饰而通过转染技 ［ !! ， !% ］ 术， 由磷脂脂质体包裹直接进入 ， 这种技术增加了量子点的水溶性和生物兼容性； 脂质体中的量子
量子点 （ 1234526 7,5， 17） ， 是一种由!("8 族或#("族元素组成的， 直径在 ) 0 )$$ 46 之间的半
［ "］ 导体纳米颗粒。9:;<<, 等 曾就量子点光学特性进行了较详尽的综述， 包括双光子激发、 荧光寿命检
子点光谱的变化等。与传统有机荧光分子相比， 量子点具有许多的优点， 使其可以更好的应用于光学成 且呈对称分布， 像中： 量子点的激发光谱较宽且呈连续分布， 而发射光谱宽度狭窄 （ 半峰宽 &$ 0 #$ 46 ）
［ *! ］ ［ ** ］ 便宜的技术 。在肿瘤转移的研究中， ,=><9 等 通过量子点标记和多光子激发、 光谱成像， 观察到了
肿瘤细胞转移到肺组织中的 1 个入口。 子宫颈癌作为高发肿瘤之一， 世界各国都在积极开发早期诊断及治疗的方法。目前， 量子点已经可
［ *- ］ 成功地使之应用在细胞水平的肿瘤成像上。/6;9 等 将与量子点连接的表Hale Waihona Puke 生长因子受体与抗生长评述与进展
!" 引" " 言
生命科学的飞速前进离不开新技术新方法的应用。荧光显微成像技术出现后， 人们对于细胞内精 细结构、 细胞间相互作用、 细胞信号转导及大分子蛋白的作用有了更深入的了解。研究人员不断致力于 新的荧光成像技术和荧光探针的开发和研究， 但有两大难题一直横亘在探索的道路上： 一是无法有效的 克服细胞在可见光区的自发荧光对标记分子所发信号的掩盖； 二是由于荧光有机染料分子易发生光漂
［ & 0 )" ］ 。近两年来， 随着新一代量子点技术的开发， 量子点得到了更广泛的应用， 在荧光成像方面展示 讨
出无穷魅力， 得到了许多非常有意义的结果， 在生命科学中发挥了越来越重要的作用。本文除介绍量子 点的基本性能外， 重点就 &$$" 0 &$$. 年量子点研究的新进展进行了综述。
#" 量子点的特性
［ ). ］ 可减少光谱重叠， 使同时区分多重荧光团成为一种可能 ； 颜色可调， 即不同大小的量子点能被单一波
长的光激发而发出不同颜色的光， 其发射波长从 "$$ 46 到 & $6 不等， 可同时实现同一细胞多色标记 ［ )’ ］ 因此荧光效率高于单个分子。光化学稳定性强， 一般会持续发光几百 成像 。量子点为多电子体系， 纳秒， 在某些情况在其发光时间可达染料分子的 )$$ 倍， 显著提高了检测灵敏度并延长活体成像的检测
［ *"］ 外， .7. 连接的量子点都可到达脑组织， 未连接 .7. 的量子点则不能进入 。这一实验证实量子点进入
脑组织成像是完全可能的， 这为脑内药物靶向递呈研究和神经科学及开发人工智能提供了强有力的工具。 量子点活细胞标记成像技术不仅可以用在动物细胞和组织中， 还可用于植物细胞中。 89:6);<9) 等
!" 荧光成像的应用
! $ #" 活细胞荧光标记及组织光学成像 细胞生物学中一个重大的突破就是活细胞成像。细胞或细胞组分成像的标准方法是用荧光物质对 相关部位进行标记， 量子点作为纳米尺寸的晶体， 有着独特的光化学和光物理学特性， 使其不仅适合单
［ %］ 分子成像， 也可以进行组织整体的成像研究 。量子点标记技术在初期已被广泛应用在固定细胞的荧 ［ #］ ［ !* ］ 光成像方面 ， 而活细胞成像中大多局限在细胞膜受体定位和细胞质的研究中。 &’() 等 首次报道
了将量子点与标记分子复合物通过转染进入细胞核， 在实验中他们将量子点与 +,-" （ 猴病毒 -" ） 大的 . 抗原核定位信号 （ /0+） 结合， 并经转染进入活细胞， 通过荧光成像系统监测到复合物从细胞质到细胞核 的运动过程， 经 # 星期以上时间的培养观察没有发觉对细胞有负面影响。长时间观测可以看到复合物 堆积在细胞核中。这一工作首次将量子点用在细胞核中进行长时程观测生物现象， 提供了一种新的无 细胞毒性成像技术来研究细胞核的交换机制及过程， 使细胞核的研究工作提高到可视化程度。量子点
因子抗体形成共轭对来探测子宫颈癌前期生物学标志物， 经过适当地控制， 观测到准确标记的生长因子 受体， 结合光学成像技术， 显示子宫颈癌在分子水平的变化。该技术有助于肿瘤早期的诊断。
万方数据 量子点还可用于检测肿瘤的血管变化。肿瘤组织周围血管丰富， 细胞生长迅速。通常所用荧光试
第 /. 期
张海丽等： 量子点成像的新研究进展
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剂不能在体实时对多种组织成像， 而多色量子点标记技术可以应用到肿瘤细胞、 肿瘤血管及周围区域的
［ &’ ］ 边界研究中， 从而应用于肿瘤早期诊断和治疗。!"#$% 等 将量子点、 多光子成像技术和表达绿色荧光
蛋白的转基因老鼠结合研究肿瘤血管周围的细胞和组织。结果证实这些纳米荧光晶体可以实时成像， 并可从血管周围的细胞和组织中区分出肿瘤血管。他们还利用量子点标记成功地检测到了干细胞由骨 髓补充到肿瘤脉管系统的过程， 这为多功能的量子点用于肿瘤病理生理学研究开辟了一条道路。 近红外荧光由于能穿透组织进行深层组织成像且自发荧光背景较低， 已引起有关研究者的注意， 且 已将其引入到肿瘤研究中。发射近红外荧光的量子点已经被制备出来， 并用于多种疾病的前哨淋巴结
［ ,. ， ,/ ］ 来指导定位和外科切除术 ， 因此克服了许多现有技术的局限性。
量子点在识别肿瘤细胞中的研究较多， 但用在肿瘤治疗中鲜有报道。量子点的光学特性使其可以
［ ,& ］ 作为光敏剂用于光动力治疗中。 01213$41 等 在 -.., 年报道， 用量子点可以简单识别癌细胞与正常
细胞， 也可以单独将癌细胞杀死而不影响正常细胞。他们将量子点与特异性识别癌细胞的糖结合蛋白 （ 又叫植物凝集素） 抗体进行融合， 将这种复合物加到癌细胞中， 紫外线照射时， 癌细胞与这种量子点结 合发出绿色的荧光， 正常细胞则不能结合亦不能显色， 以此可用来区别正常细胞与癌细胞， 而且经过持 续的紫外线照射， 可将癌细胞杀死。数据显示： 紫外线照射 *. 567 后， 有 /.8 + /’8 的癌细胞死亡， 这 仅是量子点在肿瘤治疗方面应用的尝试， 相信不久的将来在这方面的研究会越来越多。 总之， 与传统的有机染料相比， 量子点具有的各种独特性质已得到充分的展现和利用， 量子点作为 荧光标记成像的一种有力工具， 值得我们大力展开工作来实现并完善这一工作。本实验室正在研究一
［ ,, ］ 些影响量子点多色标记的因素如温度等 ， 温度的影响对量子点量子产率有较大的影响， 而且对不同
颜色或粒径的量子点的影响各不相同。量子点晶体表面的完美性以及表面修饰都因温度的变化对量子 产率影响重大， 因此， 该研究对有关温度变化的单色或多色成像和编码等生物分析具有很强的指导价 值。同时， 我们还将量子点与单克隆抗 9:;/ 抗体结合而制备出具有生物活性的荧光探针， 并将此探针 与肿瘤细胞表面的转铁蛋白受体结合发生免疫反应而进行细胞成像分析。这一研究将对肿瘤细胞表面 进行标记及研究细胞免疫反应所涉及到的诸多问题提供一种有效的解决途径。 !" !# 动物活体成像 动物活体中量子点作为光学对比剂结合荧光成像系统可进行肿瘤的定位， 实时监测肿瘤细胞的生
!!!!!!!"
量子点成像的新研究进展
张海丽! 刘天才! 王建浩! 黄振立! 赵元弟 # ! 骆清铭
（ 华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室， 湖北省生物信息与分子成像重点实验室， 生命科学与技术学院， 武汉 "#$$%" ） （ 又称纳米荧光颗粒） 在生物学研究中特别是在生物医学成像方面的应用， 已引起广泛关注。 摘! 要! 量子点 通过荧光成像可观察量子点标记分子与其靶标的相互作用， 实时观测其在活细胞及活体中的运行轨迹， 实现 对细胞水平及在体层次的研究。本文综述了近两年量子点在光学成像中应用的新进展， 展望了其应用前景。 关键词! 量子点， 评述 纳米荧光颗粒， 荧光成像，
［ )" ］ 时间 。此外， 量子点较有机荧光染料更不易降解， 能抵抗生物活体内的代谢降解作用， 几乎无细胞毒 ［ )% 0 )A ］ 性， 在活体内及细胞内长时间存在， 不会对实验动物及细胞造成很大的伤害 。生物标记光学成像
! &$$’($)(&# 收稿； &$$’($"(&* 接受 本文系国家自然科学基金 （ +,- #$&$$$.* 、 #$#%$#*% 、 #$"$$))% （ 黄） ） 和国家 *’# 高技术研究发展规划 （ +,- &$$#//&#"$)$ ） 资助项目
［ *# ］
将与花粉粘着素 （ +&7， 一种花粉管粘着蛋白质） 结合的量子点加入到已发芽的百合花花粉颗粒
中， 在共聚焦显微镜下， 对这种蛋白质首次进行了定位观察， 为量子点的应用开阔了新的领域。 量子点在活细胞荧光标记及组织光学成像中的应用， 使我们更深入的了解到不同种类细胞的内部 结构、 分子运行轨迹及深组织形态学， 为生理学研究、 药物靶向载体的开发提供了一种新的途径。 !$ %" 肿瘤细胞示踪及诊断影像 肿瘤及癌症的诊断和治疗问题是全世界都在关注的焦点。光学成像技术在敏感的肿瘤诊断尤其是 在肿瘤的早期诊断阶段有着巨大潜力， 这是一项灵敏的、 非侵入性、 非电离性、 临床应用安全、 花费相对