2023年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了在發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)（quantum dots）方面作出杰出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。

量子點(diǎn)是一種納米級(jí)別的半導(dǎo)體材料，它具有限制電子和電子空穴（Electron hole）的特性。當(dāng)對(duì)這種納米半導(dǎo)體材料施加一定的電場(chǎng)或光壓時(shí)，它們會(huì)發(fā)出特定頻率的光，而這個(gè)光的頻率會(huì)隨著量子點(diǎn)的尺寸的改變而變化。由于量子點(diǎn)具有寬的激發(fā)譜和窄的發(fā)射譜以及良好的光穩(wěn)定性，它們可以替代熒光染料，對(duì)生物體或者分子進(jìn)行標(biāo)記。目前，量子點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)的診斷和檢測(cè)領(lǐng)域，也可以在表面修飾后用于藥物載體。

量子點(diǎn)一旦被用到生命科學(xué)領(lǐng)域，就需要研究其在生物功能方面的表現(xiàn)，而分析量子點(diǎn)與生物分子互作就是最基本的研究手段。比如量子點(diǎn)與抗體/抗原的檢測(cè)，以及量子點(diǎn)與各種蛋白、藥物的相互作用。由于量子點(diǎn)可以在Octet® 非標(biāo)記分子互作系統(tǒng)的傳感器表面產(chǎn)生較高的密度，從而產(chǎn)生較大的生物層干涉（BLI）信號(hào)，因此Octet®非常適合用于檢測(cè)量子點(diǎn)的分子互作。

接下來(lái)，讓我們通過(guò)幾個(gè)案例來(lái)進(jìn)一步了解：

案例1 首都醫(yī)科大學(xué)

量子點(diǎn)的生物安全性^[1]

了解量子點(diǎn)的血液相容性是評(píng)估其生物安全性的重要環(huán)節(jié)之一。量子點(diǎn)能夠通過(guò)延長(zhǎng)凝血活酶和凝血酶原的活化時(shí)間，以及改變凝血和纖維蛋白溶解因子的表達(dá)水平，從而誘導(dǎo)凝血平衡紊亂。當(dāng)量子點(diǎn)與凝血和纖維蛋白溶解系統(tǒng)中的相關(guān)蛋白，如PTM（凝血酶原）、PLG（纖溶酶原）和FIB（纖維蛋白原）接觸時(shí)，它們會(huì)通過(guò)氫鍵和疏水相互作用形成量子點(diǎn)-蛋白偶聯(lián)物，這會(huì)誘導(dǎo)PTM、PLG和FIB的靜態(tài)熒光猝滅，并改變它們的構(gòu)象結(jié)構(gòu)。量子點(diǎn)與PTM，PLG和FIB活性位點(diǎn)的結(jié)合可能會(huì)促進(jìn)蛋白質(zhì)的活化，從而干擾止血和纖維蛋白溶解過(guò)程。

案例2 武漢病毒所

量子點(diǎn)與生物醫(yī)藥^[2]

包裹無(wú)機(jī)納米顆粒的病毒是一種新型的納米結(jié)構(gòu)，它在病毒疫苗和生物傳感器中都有應(yīng)用。本研究通過(guò)冷凍電鏡等實(shí)驗(yàn)手段發(fā)現(xiàn)，當(dāng)存在量子點(diǎn)（QD）時(shí)，猿猴病毒40（SV40）的主要衣殼蛋白1（VP1）能夠在解離緩沖液中組裝成約25nm的衣殼，而且量子點(diǎn)被包裹在SV40的衣殼內(nèi)部。通過(guò)使用Octet®非標(biāo)記分子互作系統(tǒng)確定QD與SV40 VP1蛋白之間存在很強(qiáng)的親和力（KD= 2.19E-10 M），這在SV40病毒衣殼的QD包裹過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用。這項(xiàng)研究為我們理解SV40病毒基納米粒子與量子點(diǎn)的組裝機(jī)質(zhì)提供了新的認(rèn)識(shí)，可能有助于其他類似的病毒基納米粒子的設(shè)計(jì)和構(gòu)建。

案例3 南昌大學(xué)

量子點(diǎn)與殘留物檢測(cè)^[3]

本文建立了一種新型的競(jìng)爭(zhēng)熒光聯(lián)免疫吸附測(cè)定法（dcFLISA），用于超靈敏地檢測(cè)赭曲霉毒素A（OTA）。使用量子點(diǎn)（QB）的大尺寸聚合物作為競(jìng)爭(zhēng)抗原的載體，并通過(guò)控制QB表面抗原偶聯(lián)量來(lái)調(diào)節(jié)其與抗體的親和力。通過(guò)使用Octet®測(cè)試，發(fā)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)QB抗原與抗體的最佳親和力需要降低到μM級(jí)別的KD值才能獲得良好的靈敏度。在最佳檢測(cè)參數(shù)下，開(kāi)發(fā)的dcFLISA能夠在0.05 pg/mL至1.56 pg/mL的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)線性地檢測(cè)OTA，這比基于過(guò)氧化物酶標(biāo)記的常規(guī)競(jìng)爭(zhēng)酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法（dcELISA）的靈敏度（0.24 ng/mL）高出3個(gè)數(shù)量級(jí)，并且準(zhǔn)確度高，與其他霉菌毒素沒(méi)有交叉反應(yīng)。這種方法為食品質(zhì)量控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及臨床診斷中的痕量小分子高靈敏度檢測(cè)提供了一種新的途徑。

案例4 蘇州大學(xué)

量子點(diǎn)的生物功能^[4]

石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）是一種重要的新型碳納米材料，由于其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力而受到廣泛關(guān)注。泛素是一種在蛋白質(zhì)降解途徑中起關(guān)鍵作用的蛋白質(zhì)。本研究使用Octet® 發(fā)現(xiàn)，泛素和GQD之間存在高結(jié)合親和力。通過(guò)核磁共振（NMR）波譜明確確定了殘基水平上的泛素-GQDs相互作用位點(diǎn)，其中大多數(shù)位于β片區(qū)域附近。通過(guò)鑒定和表征這些關(guān)鍵地結(jié)合位點(diǎn)，我們對(duì)蛋白質(zhì)與GQDs地相互作用有了更深入地理解，這可能為使用石墨烯納米材料進(jìn)行安全設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)潛在應(yīng)用鋪平道路。

 

圖4. Octet® 檢測(cè)GQDs與泛素的親和力，KD值為19nM

 

量子點(diǎn)被譽(yù)為“人造原子”，在過(guò)去的幾十年里，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。因此，量子點(diǎn)的研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)是預(yù)料之中的事情。我們期待在Octet® 這個(gè)強(qiáng)大的分子互作工具的幫助下，量子點(diǎn)在生物醫(yī)藥和診斷領(lǐng)域能夠發(fā)揮更大的作用。

使用Octet® 非標(biāo)記分子互作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)？

 

• 非標(biāo)記Direct Binding是趨勢(shì)，結(jié)果更準(zhǔn)確

• 快速測(cè)定親和力，更加定量化地表征分子互作

• 無(wú)洗滌步驟，可測(cè)弱親和力（解離快）

• 寫(xiě)入了美國(guó)藥典，文章多，認(rèn)可度廣

• 萬(wàn)金油技術(shù)，可以用與檢測(cè)DNA，小分子，蛋白質(zhì)等各種生物分子；比如這次的介紹主要是檢測(cè)納米顆粒

• 操作簡(jiǎn)便，耗材及維護(hù)成本低

 

 

-參考文獻(xiàn)-

[1] A novel insight into mechanism of derangement of coagulation balance: interactions of quantum dots with coagulation-related proteins. Particle and Fibre Toxicology volume 19, Article number: 17 (2022)

[2] Quantum dot-induced viral capsid assembling in dissociation buffer. International Journal of Nanomedicine Volume 8, 2013 - Issue

[3] Ultrasensitive direct competitive FLISA using highly luminescent quantum dot beads for tuning affinity of competing antigens to antibodies.Analytica Chimica Acta,Volume 972, 15 June 2017, Pages 94-101

[4] Understanding the graphene quantum dots-ubiquitin interaction by identifying the interaction sites. Carbon,Volume 121, September 2017, Pages 285-291

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