【2017年整理】功能化量子点生物毒性效应研究进展.docVIP

功能化量子点生物毒性效应研究进展 林晓潭(综述)/许改霞/王晓梅(审校) (深圳大学医学院生物医学工程重点实验室，广东 深圳 518060) 　　【摘要】 量子点因其具有良好的光学特性以及其表面功能化包覆材料的可修饰性，目前成为生物医学领域最具有应用前景的荧光标记物，由于功能化量子点的核心成分及其表面包覆材料均存在不同程度生物毒性，成为量子点在生物体内应用中的一个瓶颈问题。本文对功能化量子点的体内、体外毒理学研究进展进行综述。 　　【关键词】 量子点；纳米颗粒；毒性效应；生物相容性 　　中图分类号： R446.8　　　　文献标识码： A　　　　文章编号： 1004－616X(2010)03－0233－05 　　 量子点(quantum dots，QDs)亦称作半导体纳米晶，是指直径在2～10 nm的半导体纳米荧光颗粒。与传统有机染料和荧光蛋白相比，量子点具有独特的光学特性，其光学稳定性更好，不易被光漂白，具有连续可调的发射光谱，且荧光更强、更特异，可用于不同生物分子的多色标记，亦可实现单分子示踪。自从1998年 Bruchenz与Chan[1－2]首次报道了量子点的水溶性与生物相容性问题后，量子点作为一种新兴的纳米荧光示踪剂，为疾病诊断、治疗与实时监控提供崭新手段，在生物医药研究领域应用前景广阔，因此，面对不断涌现的功能化量子点，综合性评价其生物安全性，成为这些新的量子点能否应用临床的一个热点问题。 1　量子点的生物功能化及应用 　　量子点是由II－VI 或 III－V元素组成的纳米级半导体晶体颗粒，功能性量子点是在半导体晶体核心表面包覆功能壳，这层表面修饰材料起到保护和稳定量子点核心，并赋予量子点生物活性的作用。由III－V元素组成核心的量子点有磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)等；由II－VI元素组成核心的量子点有硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)等。最近也有报道不含重金属元素的量子点[3－4]。新型合成的杂合量子也有报道[5]，如CdTe/CdSe，CdSe/ZnTe，PbSe等。目前以CdSe、CdTe量子点最为常用。新合成的量子点只有裸露的晶体颗粒，不溶于水，没有生物学应用价值。因此，要用亲水性的材料对其包覆修饰，赋予水溶性性质和生物活性才有应用价值。经过包覆的量子点核心组份的稳定性增强，水溶性也增强。为实现量子点的生物靶向性，需要在其表面化学修饰的基础上，通过化学偶联、静电作用、免疫反应、链亲和素与生物素结合等方法将靶向生物分子(如核酸、蛋白和具有特定生物功能的小分子等)连接到量子点表面，使其具有功能化活性，以实现抗原_抗体、受体_配体、DNA互补序列、核酸识体_靶、酶_底物等特异性识别。同时，可以根据量子点与外界环境的相互作用情况考虑其稳定性和耐受能力，进一步设计出联接适合某种特定生物应用的特种功能化量子点。例如，用聚乙二醇(PEG)基团包覆可以赋予量子点的生物相容性，并使之具有能与细胞器相互作用的能力，同时又具有荧光标记的作用；而在巯基乙酸包覆的基础上偶联免疫球蛋白可以赋予量子点的靶向功能。这种联接通常是通过静电吸附、螯合或形成共价键实现的。此外，可利用量子点发射光谱随尺寸变化的特点，采用不同粒径大小的量子点(发射不同颜色荧光)进行多色分类标记。由于QDs的吸收谱较宽而发射谱很窄，与不同生物分子共轭后，可实现多分子成像。控制好量子点的合成条件，可以得到各种用途的量子点，并应用在细胞定位标记、活体医学成像、基因测序和基因芯片中核酸标记、早期肿瘤诊断与治疗以及载体药物研发等诸多领域[1－5]。 2　功能化量子点的体外毒性效应 　　随着制备功能化量子点技术不断提高，兼具靶向性、示踪性、诊断与治疗性的多功能纳米颗粒不断涌现，开展功能化量子点的共性与个性化毒理学评价已成为必需。由于各种功能化量子点的种类繁多、合成工艺各异，而对其毒理评价存在很大差异，因此各实验的毒理学研究结果之间缺少可比性。但已有的研究结果均表明，功能化量子点的毒性主要由本身的理化性质和所处外部环境条件决定。 2.1　功能化量子点的核心组分及其粒径大小与细胞毒性 　　量子点的核心成分具有潜在的细胞毒性，同时量子点的纳米级粒径决定了它巨大的比表面积，因此可产生强烈的吸附作用。这种吸附作用导致量子点容易在细胞内不断累积并长期滞留，引起细胞毒效应。 　　Li等采用CdS量子点纳米颗粒和CdS微米颗粒验证量子点核心组分及粒径引起的细胞毒性[6]。他们用MTT法测定CHL细胞活力，结果表明，当CdS纳米颗粒和CdS微米颗粒两组浓度小于20 μg/ml 时，CdS纳米颗粒比CdS微米颗粒具有更强的细胞毒性。但两组的浓度大于40 μg/ml时，它们之间的毒性就不存在显著差异。在浓度低于40 μg/ml，C