2023年諾貝爾化學獎頒發(fā)給了在發(fā)現(xiàn)和合成量子點（quantum dots）方面作出杰出貢獻的三位科學家,。

量子點是一種納米級別的半導體材料，它具有限制電子和電子空穴（Electron hole）的特性。當對這種納米半導體材料施加一定的電場或光壓時，它們會發(fā)出特定頻率的光,，而這個光的頻率會隨著量子點的尺寸的改變而變化。由于量子點具有寬的激發(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,，對生物體或者分子進行標記,。目前,，量子點已廣泛應用于生命科學的診斷和檢測領域，也可以在表面修飾后用于藥物載體,。

量子點一旦被用到生命科學領域,，就需要研究其在生物功能方面的表現(xiàn)，而分析量子點與生物分子互作就是最基本的研究手段,。比如量子點與抗體/抗原的檢測,，以及量子點與各種蛋白、藥物的相互作用,。由于量子點可以在Octet® 非標記分子互作系統(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，因此Octet®非常適合用于檢測量子點的分子互作,。

接下來,，讓我們通過幾個案例來進一步了解：

案例1 首都醫(yī)科大學

量子點的生物安全性^[1]

了解量子點的血液相容性是評估其生物安全性的重要環(huán)節(jié)之一。量子點能夠通過延長凝血活酶和凝血酶原的活化時間,，以及改變凝血和纖維蛋白溶解因子的表達水平,，從而誘導凝血平衡紊亂。當量子點與凝血和纖維蛋白溶解系統(tǒng)中的相關蛋白,，如PTM（凝血酶原）,、PLG（纖溶酶原）和FIB（纖維蛋白原）接觸時,，它們會通過氫鍵和疏水相互作用形成量子點-蛋白偶聯(lián)物，這會誘導PTM,、PLG和FIB的靜態(tài)熒光猝滅,，并改變它們的構象結構。量子點與PTM,，PLG和FIB活性位點的結合可能會促進蛋白質(zhì)的活化,，從而干擾止血和纖維蛋白溶解過程。

案例2 武漢病毒所

量子點與生物醫(yī)藥^[2]

包裹無機納米顆粒的病毒是一種新型的納米結構,，它在病毒疫苗和生物傳感器中都有應用。本研究通過冷凍電鏡等實驗手段發(fā)現(xiàn),，當存在量子點（QD）時,，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，而且量子點被包裹在SV40的衣殼內(nèi)部,。通過使用Octet®非標記分子互作系統(tǒng)確定QD與SV40 VP1蛋白之間存在很強的親和力（KD= 2.19E-10 M）,，這在SV40病毒衣殼的QD包裹過程中起到了關鍵作用。這項研究為我們理解SV40病毒基納米粒子與量子點的組裝機質(zhì)提供了新的認識,，可能有助于其他類似的病毒基納米粒子的設計和構建,。

案例3 南昌大學

量子點與殘留物檢測^[3]

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

案例4 蘇州大學

量子點的生物功能^[4]

石墨烯量子點（GQDs）是一種重要的新型碳納米材料,，由于其在生物醫(yī)學領域的巨大應用潛力而受到廣泛關注。泛素是一種在蛋白質(zhì)降解途徑中起關鍵作用的蛋白質(zhì),。本研究使用Octet® 發(fā)現(xiàn),，泛素和GQD之間存在高結合親和力。通過核磁共振（NMR）波譜明確確定了殘基水平上的泛素-GQDs相互作用位點,，其中大多數(shù)位于β片區(qū)域附近,。通過鑒定和表征這些關鍵地結合位點，我們對蛋白質(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行安全設計和開發(fā)潛在應用鋪平道路,。

 

圖4. Octet® 檢測GQDs與泛素的親和力，KD值為19nM

 

量子點被譽為“人造原子”,，在過去的幾十年里,，它已經(jīng)廣泛應用于我們生活的各個領域。因此,，量子點的研究獲得諾貝爾獎是預料之中的事情,。我們期待在Octet® 這個強大的分子互作工具的幫助下，量子點在生物醫(yī)藥和診斷領域能夠發(fā)揮更大的作用,。

使用Octet® 非標記分子互作系統(tǒng)的優(yōu)勢,？

 

• 非標記Direct Binding是趨勢,，結果更準確

• 快速測定親和力,，更加定量化地表征分子互作

• 無洗滌步驟，可測弱親和力（解離快）

• 寫入了美國藥典,，文章多,，認可度廣

• 萬金油技術，可以用與檢測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納米顆粒

• 操作簡便,，耗材及維護成本低

 

 

-參考文獻-

[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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