提起生物標記物，大家最熟悉的大概就是Abbkine的明星產品-Abbkine LinKine™偶聯標記試劑盒中提到的：在抗體、蛋白質、多肽或者其它生物分子上直接標記HRP、Biotin、FITC、Cy3、AbFluor ™熒光染料這些常規的HRP、生物素、熒光素等標記物，標記後的生物大分子用於ELISA、免疫組化、免疫熒光等各類免疫學應用。
其實除了這些常規的標記物以外，還有一些比較另類而且很神奇的標記物，比如我們今天要說的量子點標記物。
一、啥是量子點呢？
量子點材料（圖片來源360）
量子點(Quantum dots，QDs)又稱半導體納米晶體（Semiconductor nanocrystal），是一種由Ⅱ-Ⅵ族(如CdSe、CdTe、CdS、ZnSe等)或Ⅲ-Ⅴ族（如InP、InAs等）元素組成的納米顆粒，目前研究較多的是CdSe、CdTe等。
量子點一般是直徑為1-10nm的球狀晶體。當半導體材料吸收1個含有能量大於其頻帶間隙的光子時，1個電子則從價電子帶激發到傳導帶，留下1個帶正電荷的空穴，形成電子-空穴對，1個電子-空穴對叫作1個激發子。激發子就像人工原子，半徑在1~10nm，其大小依賴於半導體的性質。
由於半導體晶體大小和激發子的大小相似，因此強烈的量子限制效應改變了激發子特性，隨著晶體大小的減小，激發子的運行更像一個盒中粒子。其能量水平主要是由粒子(盒子)的大小決定，而非由整塊半導體的性質決定。這種在三維空間表現出強烈的量子限制效應的半導體納米晶被稱為量子點。
電子和空穴結合產生光，光波的長度主要通過測定量子點的大小來確定，現有的技術可以製備出大小特別均一的量子點，且其產生的光波帶寬度在10~50nm 。
額，聽著挺繞口的，不用關注細節，反正它就是一類新興的熒光標記材料，主要用於免疫層析檢測方面。在各種量子點中，CdTe量子點應用最為廣泛。
二、量子點的光學特性
與傳統的有機熒光染料或鑭系配合物相比，熒光量子點具有以下光學特性：
➊ 量子點的發射波長可通過控制它的粒徑大小來“調諧”，因而可獲得多種可分辨的顏色。以ZnS 包被的CdSe納米顆粒為例，當CdSe核心直徑為1.8nm時，發射藍光；當CdSe核心直徑為7nm時，發射紅光，不同尺寸大小的CdSe的熒光可涵蓋整個可見光譜。
➋不同大小的納米晶體能被同一波長的光激發併發出不同顏色的光，其激發光譜寬且連續分佈，而發射光譜呈對稱分佈且寬度窄，因此不同的量子點可以由同一波長的光激發，並允許同時使用不同光譜的量子點來進行生物標記。
而不同熒光染料分子需多個激發波長，且激發光譜窄，發射光譜寬，不同顏色熒光分子的光譜容易相互重疊，因而很難同時使用兩種以上的熒光分進行多色標記。
➌量子點具有良好的光化學穩定性，可以耐受更強的激發光和更長的光發射週期。染料熒光分子的激發和發射週期一般只有幾分鐘，而量子點通常可持續幾個小時，如ZnS包被的CdS量子點的穩定性是羅丹明6G的100倍。
三、量子點的優勢
與傳統的標記物相比，量子點確實具有多種優勢。
➊ 熒光強度高。比羅丹明6G分子要亮20倍、穩定性高100~200倍。
➋無機微晶能夠承受多次的激發和光發射，不會像有機分子一樣分解，持久的穩定性可以讓研究人員更長時間地觀測細胞和組織，並毫無困難地進行界面修飾連接。
➌ 量子點有個最大的好處是有豐富的顏色，不同粒徑大小的量子點發射光的顏色不同，也可以通過改變納米晶的組成來達到調色功能(如:CdS發射藍光，InP發射紅光)。
➍適應於光譜的多重傳輸，可同時觀察不同顏色。生物體系的複雜性經常需要同時觀察幾種組分，如果用染料分子染色，則需要不同波長的光來激發，而量子點則不存在這個問題，使用不同大小（進而不同色彩）的納米晶體來標記不同的生物分子。使用單一光源就可以使不同的顆粒能夠被即時監控。
➎背景低。量子點的冷光壽命一般在30~100ns。這個時間比背景熒光及大部分樣本基質的拉曼散射光要長很多，因此可以減弱甚至消除背景熒光的影響。
量子點特殊的光學性質使得它在生物化學、分子生物學、細胞生物學、基因組學、蛋白質組學、藥物篩選、生物大分子相互作用等研究中有極大的應用前景。
四、量子點的應用
現在量子點被大量地應用在生物學實驗室內，幫助研究人員確定生物細胞的結構或活動。當量子點被光脈衝照射的時候會產生各種各樣的顏色，光學顯微鏡就可以觀察到這種彩色光。如果把量子點附著在需要研究的對象上，研究人員就可以瞭解物質的活動。
不但如此，量子點還可以用來追蹤藥物在體內的活動、或是研究患者體內細胞和組織的結構。量子點可以產生多種顏色的光，光的顏色取決於量子點的尺寸。
研究人員已經制造出可以產生超過12種顏色熒光的量子點，而且理論上講可以產生出更多的顏色。這樣，當某個波長的激光對多種量子點進行照射激發的時候，可以同時觀察到多個顏色，同時進行多個測量。
生物研究中所使用的量子點需要覆蓋上一層物質以便可以追蹤特定的生物分子，可以應用在醫學成像技術中。國外的科學家已經應用量子點標記腫瘤細胞憑藉活體成像系統進行相關的研究。
五、量子點標記物的不足
量子點標記能誘導氧自由基的產生，因此對生物活性物質具有一定毒性，不過這些毒性可以通過偶聯到蛋白質分子上或者是覆蓋一層低毒物質來降低。量子點和某些蛋白質結合後可能導致量子點的熒光減弱或淬滅，如銅/鋅-超氧化物歧化酶對CdSe量子點的熒光有明顯的淬滅作用。
如果量子點標記用於試紙的製備，其使用過程中需要紫外光源用於色澤變化的觀察，與肉眼觀察即可判斷檢測結果的其他類型試紙相比，操作程序稍顯複雜。
那麼如何進行量子點標記呢？
六、量子點的標記方法
量子點可以與特定抗體或小分子結合，在不改變其化學特性的情況下，受到光源激發後可發出特定波長的熒光，實現對靶標的識別及檢測。量子點與生物大分子如核酸、蛋白質、養分載體等之間的結合，通常有以下幾種方法:靜電吸引法、常規交聯劑連接法及生物素-親和素法等 。
1.靜電吸引法
正電荷氫核遇到另一個電負性強的原子時，產生靜電吸引。巰基乙酸修飾的量子點表面帶負電，與帶正電的蛋白質表面區域可通過靜電吸引連接起來，而不需要其他試劑。對於帶中性電荷的蛋白質，可以通過改造蛋白質在其末端構建帶正電荷的結構，使其能靜電吸附於量子點表面。
另外，通過對量子點表面修飾使其帶負電荷後，除了上述的直接靜電吸引靶標物質外，還可以靜電吸附連接上親和素，然後依靠生物素-親和素的高特異性結合，間接將量子點連接到蛋白質分子上。這種連接降低了量子點的表面缺陷，增加了量子點的熒光強度。
不過當蛋白質的比例過大時，蛋白質之間產生交叉結合使部分量子點聚積，從而降低了量子點熒光強度。因此，控制量子點與靶標蛋白的比例對檢測靈敏度至關重要。
2.常規交聯劑連接法
交聯劑是一類小分子化合物，相對分子質量一般在200~600u，具有兩個或者更多的針對特殊基團(如氨基、巰基等)的反應性末端，可以和兩個或者更多的分子偶聯從而使這些分子結合在一起。
常用的交聯劑有1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺(EDC)、N，N′-二環己基碳二亞胺(DCC)、N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)、戊二醛、二異氰酸化合物和二鹵化二硝基苯。利用這些交聯劑可以使量子點上修飾的羧基與小分子物質的氨基通過縮合作用進行偶聯標記。
已有人利用EDC及NHS交聯方法，將1，3-二氨基-2-丙醇偶聯到羧酸化量子點上，使其羥基化，減小了量子點尺寸(13~14nm直徑)、增加了其熒光強度及在酸性或鹼性環境下的穩定性，大大降低了量子點與細胞膜或蛋白質的非特異性結合(只有羧基化量子點的1/140)。經配體交換修飾的QDs用EDC和NHS法可以連接到成纖維細胞上，這種量子點可以穿透細胞膜，到達細胞核 。
3.生物素-親和素法
生物素-親和素系統(biotin-avidinsystem，BAS)是20世紀70年代後期迅速發展起來的一種新型生物反應放大系統，在生命科學研究領域有著廣泛的應用。
由於它具有生物素與親和素之間的高度親和力及多級放大效應，並與熒光素、酶、同位素等免疫標記技術有機地結合起來，使各種示蹤免疫分析的特異性和靈敏度進一步提高。
目前，將量子點與生物分子結合的最常用方法就是通過生物素-鏈(黴)親和素系統結合，用於抗原抗體相互識別、活體標記及特異性標記，這種量子點探針靈敏度高、熒光信號強。
4.其他標記方法
Feng等(2007)利用異源雙功能交聯劑琥珀酰亞胺-4-(N-馬來酰亞胺甲基)-環己烷-1-羧酸鹽把量子點與抗體或配體的巰基通過縮合反應偶聯到一起，用於毛細血管電泳法測定人IgM，效果良好。
量子點標記後，通常要分析鑑定標記物的質量，通常採用的方法有光譜分析和瓊脂糖電泳法。光譜分析是通過吸收光譜及發射光譜的藍移、紅移來確定偶聯是否成功。
而瓊脂糖電泳時由於偶聯物大小與量子點大小不同而導致其電泳速度明顯不同，通過對電泳條帶分析，可以判定偶聯是否成功 。
確實很神奇吧？以後我們再和大家一起學習各種好玩的生物技術。
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