量子点与高灵敏、高通量流式细胞术，了解一下？

原创   2018-05-04 昆道生物

流式细胞仪（Flow cytometer）是集光学、应用流体学、电子学、生物学、免疫学等多门学科与技术于一体的新型高科技仪器。   

流式细胞仪基本结构主要由液流系统、光学系统、信号收集与转换系统、分析系统和细胞分选系统 5 个部分组成。

其核心技术——流式细胞术(Flow cytometry，FCM)是利用流式细胞仪，使单个细胞或其他微小生物粒子处于快速直线流动状态，且逐个通过光束，从而对单个细胞或微粒进行多参数（数量、大小、核酸含量、细胞活性、特定菌群或物种等）定量分析和分选的检测技术。FCM 通过激光光源激发细胞上所标记的荧光物质的强度和颜色以及散射光的强度可以得到细胞内部各种各样的生物信息；也可以利用高分子荧光微球在流式细胞仪上进行免疫或聚合酶链反应等多种生物检测技术。因此FCM在细胞生物学、肿瘤学、血液学、免疫学、药理学、遗传学及临床检验学、微生物、食品安全检测等方面得到了广泛应用。

    Web of Science中输入关键词quantum dot*和flow cytomet*，文章检索篇数 

传统流式细胞术采用荧光染料（如罗丹明、FITC）作为标记分子，利用生物分子之间可特异性识别结合从而实现检测目的。但传统荧光染料荧光强度较低，难以满足高灵敏检测的需要；抗光漂白能力较差，产生的荧光很不稳定，容易淬灭；激发波长窄、发射波长宽，需要多波长激发来实现多色标记。以上不足限制了荧光染料在高灵敏度、高通量流式细胞术中的应用。

相比于传统荧光染料，量子点具有诸多优点得以应用于生物标记：宽波长激发、窄波长发射的光谱学特性，可应用于同时激发和多色标记进而实现多组分分析；荧光强度高，光稳定性好，抗光漂白能力强，量子点在曝光数小时后依然保持稳定的荧光产率而不被漂白，适用于实时和长时间监测生物学过程。

量子点在流式细胞术中的应用原理图

量子点编码微球技术

量子点编码微球的制备大多采用量子点与高分子聚合物（聚苯乙烯微球、聚乙烯-马来酸酐共聚物微球等）结合，其制备方法主要包括溶胀法、层层自组装、溶胶­凝胶封装、膜乳化­溶剂挥发法等。一些研究分析中创新性地将磁性纳米粒子引入量子点编码微球，使其兼具编码、富集、分离的功能，实现流式细胞术的自动化与及时检测。制备的量子点编码微球表面功能化修饰羧基、氨基等官能团，通过EDC/NHS、生物素­亲和素系统、点击化学等方法活化进而与生物分子偶联结合，发挥其生物检测功能。

膜乳化-溶剂挥发法合成量子点免疫磁珠

量子点或量子点编码微球在流式细胞术中的应用

细胞生物学

定量分析细胞周期并分选不同细胞周期时相的细胞；分析生物大分子如DNA、RNA、抗原、癌基因表达产物等物质与细胞增殖周期的关系，进行染色体核型分析，并可纯化X或Y染色体。Park等报道了一种采用聚乙烯亚胺填埋量子点合成水化半径为100 nm左右的微球，通过流式细胞平台观察到，胞内量子点传递速度显著加快。该技术可为基因传递、细胞定位、细胞内敏化单态氧检测等提供方法学。与传统细胞标记方法（脂质体包裹、CTAB包裹量子点）相比，该方法的荧光强度高10倍，细胞毒性更小。

聚乙烯亚胺填埋量子点的应用：细胞标记，基因沉默RNA运载，细胞特异性识别

肿瘤学

肿瘤标记物是肿瘤细胞在癌变过程中癌基因表达生成的抗原和其它生物活性物质。量子点标记肿瘤标志物检测技术和传统的肿瘤标志物检测手段不同，主要是利用肿瘤标志物和偶联量子点的特异性抗体发生免疫夹心反应，检测反应物免疫量子点的荧光产率即可表征肿瘤标志物的含量。也有研究采用量子点对肿瘤干细胞标记物如CD133，CD44和ALDH1进行标记，借助流式细胞仪分析黄曲霉毒素暴露对肝脏肿瘤干细胞的诱导突变作用及定量关系。

量子点编码微球应用肿瘤标志物AFP的检测

免疫学

量子点流式细胞术已应用研究细胞周期或DNA倍体与细胞表面受体及抗原表达的关系；进行免疫活性细胞的分型与纯化；分析淋巴细胞亚群与疾病的关系；免疫缺陷病如艾滋病的诊断；器官移植后的免疫学监测等。

量子点在CTLs细胞群免疫表现分析中的应用-结合示意图

微生物检测

流式细胞术已经成为微生物学研究中一种必不可少的手段，在微生物检测中扮演着越来越重要的角色。借助量子点优异的荧光特性，流式细胞术对微生物尤其是细菌这类形体极其微小的粒子的分析优势更为明显，可实现对细菌的逐个检测、灵敏、快速、多参数分析等精确测量。Yang等使用氯仿-SDS或溶菌酶-EDTA处理大肠杆菌细胞壁外层，增加其外壁透性，克服了革兰氏阴性细菌直接标记量子点的技术难题，成功实现大肠杆菌细胞内标记量子点。借助流式细胞仪对量子点标记大肠杆菌的实用性进行了验证。这为细菌的多参数分析提供了一种快速、灵敏的方法。

大肠杆菌量子点标记

小分子污染物分析

随着人们对食品安全要求的提高 , 相对于其他检测手段 , 流式细胞术已成为一种被认可的重要分析技术。Zhang等采用溶胀悬浮聚合法以毒死蜱为载体，甲基丙烯酸为模板分子，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，量子点为荧光标记合成基于量子点的分子印迹聚合物。借助流式细胞仪，该分子印迹聚合物可在2 h内实现对自来水中毒死蜱残留包括前处理的定量检测。

不同毒死蜱浓度水平量子点标记分子印迹聚合物散点图

（(a) 0, (b) 0.02, (c) 0.04, (d) 0.06, (e) 0.08, (f) 0.1, (g) 0.15, (h) 0.2 mg/L.）

量子点在流式细胞术中的应用已延伸生物学研究的各个领域中。随着人们对分析技术的安全性重视度日益提高，无毒量子点的呼声日渐。可喜的是，发光强度高、光学性质稳定、尺寸可调的无毒量子点如InP/ZnS、CuInS2 /ZnS已成功面世。并且，科学家们已将无毒量子点与流式细胞术结合起来，在生物分析如系统性红斑狼疮FcεRI的定量检测中得到了应用。

一句话可概括为，凡能被荧光分子标记的细胞或微粒均能用流式细胞仪检测。量子点独特的光学特性必然促使它在流式细胞术领域成就一番更辉煌的作为。

参考文献：

Yang C, et al. Journal of Colloid & Interface Science, 2013, 393(2):438-444.

Lu S, et al. Chemistry of Materials, 2017.

Lin K, et al. Cytometry A, 2017.

Zhang H, et al. Analytical Letters, 2017,1-14.

Park J, et al. Acs Nano, 2015, 9(6):6511-21.

Gong X, et al. Analytica Chimica Acta, 2016, 939:84-92.

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