快速、安全的量子点

全面详细的追踪观察细胞内生物分子间的相互作用对理解有机体如何运作未来的医药都是极其有用的。量子点(QDs),即限定的电子激发半导体纳米晶,正好可以用于完成这一追踪观察任务。它具有高的吸收常数,足够小的尺寸可进入细胞内部,并且可以控制在不同的波长发荧光。此外,它还可以在包覆层运载治疗蛋白。然而,量子点是有毒性的。目前主要的量子点就是由有害元素如镉、硒和碲组成。近来,由更安全的材料如银、锌和铟组成的生物相容性晶体方面的研究已取得一定进展,但这些晶体具有较长的反应时间并且难以定制和生产。

罗格斯大学的研究人员开发了一种快速高效的方法用以创建整个库的安全量子点。他们使用的分子结构是硫化锌-二硫化铟银(ZAIS),一种之前认为无毒性的晶体。他们将粉状的化学前体加入到小瓶中并用20千赫兹的频率超声五分钟。超声波将粉末打散为12 nm尺寸均一的量子点。这些晶体在其他类型的量子点中也是性质独特的。它们不同于那些由尺寸控制发光颜色的量子点,而是由复合物中元素的比例来控制发光颜色。前体中锌或银含量越高,产生的量子点蓝移越大。通过调节化学计量,研究人员合成了跨越整个可见光区的量子点样品。

接着他们测试了量子点对生物环境的影响。与ZAIS量子点进行比较的是标准且有毒的硒化镉量子点。他们将两者分别放入脑肿瘤细胞、骨髓肝细胞和小鼠成纤维细胞中,然后观察细胞在有量子点存在时的情况。在所有的试验中,ZAIS量子点的毒性即使是在高浓度或是紫外照射下氧化四个小时的情况下仍是可以忽略的。与此相反,硒化镉量子点惨遭失败,在高浓度下几乎杀死了一半的细胞。此外,ZAIS量子点非常稳定,存储两个月其光致荧光性能也不受任何影响。

最后,研究人员测试了这些量子点如何实现一个多功能目标。他们让一神经元肿瘤突变产生荧光蛋白从而使其发绿光。然后他们在量子点表面连上沉默RNA,它可以靶定和破坏产生荧光蛋白的基因。由于量子点可以发光,研究员可以很容易地追踪观察它们进入细胞的情况。而三天后,百分之八十的绿色荧光则会消失。

这些结果开辟了量子点在人体内安全使用的可能性。而且,不同颜色的晶体可以通过负载表面聚合物同时实现一系列治疗和成像的功能。此外,研究人员认为这种超声技术也可以用于快速制备其它纳米粒子并表征其毒性。