2023年諾貝爾化學(xué)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(xué)家。
獲得2023年諾貝爾化學(xué)獎的三位科學(xué)家。
量子點是一種納米級別的半導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用于生命科學(xué)的診斷和檢測領(lǐng)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(xué)領(lǐng)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(xué)
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(dǎo)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(guān)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(dǎo)PTM、PLG和FIB的靜態(tài)熒光猝滅，并改變它們的構(gòu)象結(jié)構(gòu)。量子點與PTM，PLG和FIB活性位點的結(jié)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。
圖1. Octet® 互作測試發(fā)現(xiàn)：量子點與PTM，PLG和FIB有非常強的結(jié)合
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(jié)構(gòu)，它在病毒疫苗和生物傳感器中都有應(yīng)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(guān)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(shè)計和構(gòu)建。
圖2. Octet® 測試：基線（0-120秒），VP1五聚體固化（120-720秒），基線（720-840秒），量子點結(jié)合（840-1740秒）和量子點解離（1740-3540秒）；傳感器A2-G2分別表示100 nM，50 nM，25 nM，12.5 nM，6.25 nM，3.125 nM和0 nM的量子點濃度（藍色曲線表示量子點與傳感器沒有非特異性結(jié)合）；計算獲得KD= 2.19E-10 M
案例3 南昌大學(xué)
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(yīng)。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。
圖3. 左圖為Octet® 檢測的不同抗原包被量的量子點與抗體的親和力，右圖為dcFLISA方法的檢測曲線；發(fā)現(xiàn)QB:抗原摩爾比為1:10，親和力為μM級別的靈敏度最高。
案例4 蘇州大學(xué)
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(xué)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力而受到廣泛關(guān)注。泛素是一種在蛋白質(zhì)降解途徑中起關(guān)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(jié)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(guān)鍵地結(jié)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(shè)計和開發(fā)潛在應(yīng)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(yīng)用于我們生活的各個領(lǐng)域。因此，量子點的研究獲得諾貝爾獎是預(yù)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(lǐng)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(jié)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(shù)，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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