量子点是近 20 半导体纳米晶体材料由于其优良的特性而备受关注，并表现出一定的潜力。近年来，细胞标记等应用逐渐渗透到多个领域的检测和诊断方向。

量子点特性

量子点(简称QDs,也被称为半导体纳米粒子Ⅱ～Ⅵ族或Ⅲ～V由族元素组成的半径小于或接近激光玻尔半径，可接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒，其中研究较多CdX(x=S、Se、Te)，直径约为2nm-6nm。量子点具有传统材料所不具备的光吸收特性，因为它具有明显的量子尺寸效应和表面效应，使其应用领域越来越广泛，特别是其在免疫生物学和临床检验研究中的潜在应用价值，引起了科学家的极大关注，发光量子点作为荧光试剂探针标记生物大分子，纳米材料是近年来生物分析领域快速发展的重要应用之一。

与普通荧光染料相比，量子点具有以下特点：

(1) 有机染料荧光分子激光谱带窄，每个荧光分子必须用适当的能量光刺激，荧光峰宽，不对称，有些拖尾。这给区分不同的探针分子带来了困难，使用有机染料分子很难同时检测各种成分。由于量子限域效应，量子点的激发波长范围很宽，波长可以比发射光短(一般短10)nm以上)刺激并产生窄(半波宽约13nm)对称发射光谱避免了相邻探测通道的串扰。

(2) 量子点具有颜色调整功能，不同粒径的量子点颜色不同，刺激量子点的刺激波长范围很广，分布连续，可以用同一波长的光刺激不同尺寸的量子点，获得多种颜色标记，是理想的荧光探针。

(3)量子点荧光强度强，稳定性好，抗漂白能力强，Chan和Nie实验证明ZnS包覆的CdSe比罗丹明6G分子亮20倍，稳定100-200倍，能多次刺激，标记后对生物大分子的生理活性影响不大，为研究生物大分子之间的长期作用提供了可能。

（4）生物相容性好，特别是经过各种化学修饰后，可进行特异性连接，细胞毒性低，对生物体危害小，可进行生物活体标记和检测，传统有机荧光染料一般毒性大，生物相容性差。

(5)荧光寿命长，典型有机荧光染料的荧光寿命只有几纳秒(ns)，这相当于许多样本的自发荧光衰减时间。量子点的荧光寿命可持续数十纳秒(20ns-50ns)，这使得大多数自发荧光背景在光刺激数纳秒后衰减，而量子点荧光仍然存在，此时可以获得无背景干扰的荧光信号。

量子点的合成方法

目前，合成量子点的方法主要有两种，一种是在有机系统中合成，即在配位能力强的有机溶剂中制备金属有机化合物；另一种是直接在水溶液中合成。

1. 有机合成法

量子点最早采用胶体化学方法在有机系统中制备的方法，将金属和有机化合物混合配位有机溶剂中，在一定温度下生长纳米晶体。这种方法制备的量子点具有良好的分散性和稳定性，不易聚沉，易于表面修饰。量子点粒径分布广往存在量子点粒径分布广、荧光产量低等缺点。1993年，Bawendi及其同事用二甲基镉和硒的三辛基膦（TOP）配合物作为前驱体，依次注入剧烈搅拌的三辛基氧化膦（TOPO）在溶液中，合成了高荧光产量CdSe该方法合成的量子点结晶性好，尺寸单分散，量子产率约为10%。与以前相比，这种方法是一个突破，但当量子点产生水溶性时，荧光产量会大大降低。后来人们发现，当把ZnS或CdS包覆在CdSe荧光产量在纳米晶体表面后会大大提高。1996年，Hines等二甲基锌和六甲基二硅硫烷为量子点壳层前驱制备CdSe/ZnS在室温下，核壳量子点的量子荧光产量可达50%。但上述合成方法均采用(CH3)2Cd和(CH3)2Cd毒性大，易燃、昂贵、室温不稳定；当(CH3)2Cd注入热的TOPO之后可能会产生金属沉淀，限制了上述方法的推广和使用。2001年Peng以前的方法已经改进，毒性低，安全友好CdO在温和的条件下，取代了原有机相法中的剧毒原料二甲基镉CdS包覆的CdSe荧光量子产量可达50%以上。虽然有机相合成的量子点具有尺寸单分散、荧光量子产量高的优点，但由于油量子点与生物环境不兼容，制备方法不环保。在生物分析领域，需要将油相量子点转换为水溶性量子点。水溶性基团装饰转移到水相后，油相量子点的量子产量会降低，因此在生物分析领域的应用很少。

2. 水相合成法

目前，水溶性硫基试剂被用作稳定剂，直接在水相中合成量子点。硫基试剂在量子点的稳定性和功能性方面起着重要作用。选择具有适当官能团的硫基化合物作为稳定剂对控制量子点的表面电荷和表面特性非常重要，特别是当水溶性量子点需要荧光标记时。1994年，Vomeyer建议用硫基作为稳定剂合成CdS。这是第一次提出用硫基作为稳定剂合成量子点。1996年Rogach用水合法成功合成了硫基乙醇和硫基甘油CdTe量子点，发光效率高。1998年Gao等用硫基乙酸（TGA）制备水溶性稳定剂CdTe量子点。后来Zheng首先，水热法在温和条件下合成水溶性CdTe量子点大大缩短了水相法制备CdTe荧光量子产量超过30%的量子点时间。目前，水热法已成为量子点直接用作生物荧光探针的主要合成方法。水合成量子点CdTe典型的方法是将镉盐和硫基稳定剂与溶液一起调节到适当的水平pH倒入三颈烧瓶。通过还原硼氢化钠的反应，制备了硼氢化钠前驱液，然后将其倒入镉盐和硫基稳定剂溶液中，形成CdTe单体，持续加热，CdTe通过控制加热时间，可以获得不同粒径的量子点。水合成量子点不仅解决了量子点的水溶性问题，而且用羧基、氨基等硫基稳定剂修饰表面，使量子点直接与生物分子上的氨基连接，可直接用于生物医学检测。随着水溶性量子点性能的不断提高，生物相容性好的水溶性量子点有望成为新一代生物荧光探针。

量子点在免疫层析技术中的应用

免疫层析技术是一种快速、简单、敏感、直观、价格低廉、真正实现现场检测的检测方法。它具有气相色谱、高效液相色谱、气质联用色谱、液质联用色谱、毛细管电泳等仪器检测方法等传统方法无法。在检测领域处于特别重要的地位，也是传统检测和仪器检测的良好补充。特别是随着经济的快速发展和生活水平的提高，人类重大疾病、环境污染、食品安全等问题越来越受到重视，使免疫分析检测技术具有更大的潜力和活力。

目前，免疫分析产品主要是胶体金免疫分析纸，最早应用于医学检测，在早期妊娠检测中取得了巨大成功，然后迅速渗透到各个领域，在毒品检测、环境检测、食品安全检测领域发展迅速，但存在新的问题，在许多方面，特别是在食品安全检测领域，部分农兽药残留极其苛刻，甚至要求0.1 ng/ml同时，肉类、家禽、果蔬、谷物等食品物质成分复杂，难以预处理，导致胶体金免疫层分析检测灵敏度不称职。寻求高灵敏度的免疫层析方法，除了进一步改进预处理方法外，也尤为重要。

量子点免疫层析技术以量子点荧光探针为标记，不仅充分体现了免疫层析技术简单、快速、特异性强的优点，而且体现了量子点的高灵敏度和荧光特性，具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。随着发展和应用的趋势，越来越多的生物诊断试剂公司加入了量子点的新兴产业。与此同时，量子点免疫分析技术也在不断发展和改进，其发展趋势主要包括以下几个方面：

1. 优化量子点荧光探针的制备，获得高荧光强度QDs，随之而来的是检测信号QDs荧光增强大大提高。单个量子点颗粒容易受到杂质和晶格缺陷的影响，荧光量子产量很低，目前应用广泛QDs以另一种半导体材料为核心，形成核壳结构CdTe/ZnS，量子产率可以提高到50%以上，消光系数可以增加几倍，因此荧光发射强，可以大大提高检测灵敏度，有利于信号检测。

2. 实现定量检测。到目前为止，一些实验室或公司已经开发出来了QDs荧光定量仪器可以定量检测待测物体的浓度，这将使量子点免疫分析技术得到更广泛的应用，打破传统胶体金免疫分析技术无法定量的限制。

3. 多色检测量子点。QDs其中一个优点是发射波长可以精确调谐。不同发射的荧光可以通过调整粒子尺寸来获得QDs，颗粒的组成和表面性质无需改变。使量子点可用于多组分的多色标记，同时实现多组分的检测。这将比传统胶体金免疫层析技术的多元化检测更具优势，减少不同抗体之间的交叉反应，更具特异性，不会相互干扰。

量子点技术应用中存在的问题

尽管量子点技术在生物医学检验中的应用将发挥重要作用 ，但也有问题需要逐步解决。 ：

①量子点在不同状态之间的转换会导致荧光闪烁 ，因而会对单个量子点的检测结果造成影响。

②随着量子点的逐渐刺激，荧光强度也会逐渐增强，影响定量检测。

③在定量检测过程中，强度的变化会影响检测结果的准确性，需要尽快解决，以确保定量检测结果的稳定性；

④与传统荧光染料相比，量子点粒径大，应用范围有限。

⑤量子点表面修改后，量子点的产量会有不同程度的下降。表面修改后，难以确定量子点与生物分子结合的数量，难以定量检测；

⑥在制备量子点的过程中，使用的一些材料会有一定的毒性，需要深入研究量子点的安全性。

⑦量子点研发成本高，导致量子点应用推广困难。

解决这些问题将有助于充分发挥量子点技术的应用效果。

来源: IVD干货的体外诊断