量子点(quantum dots, QDs)是一种新型荧光纳米材料, 具有宽带吸收与窄带发射、发射波长随粒径可调、双光子吸收截面大和抗光漂白等优异性质, 在细胞和活体成像、化学和生物传感等领域正在得到越来越广泛的应用。 随着应用研究的不断深入, 量子点的生物效应特别是其细胞毒性引起了人们的普遍关注, 提高量子点的稳定性及生物相容性已成为一个重要的研究课题。

本论文通过系统研究牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)包覆的三种作用模式(静电模式、配位模式和共价模式)对巯基稳定的CdTe QDs的光稳定性和细胞毒性的影响, 发现蛋白共价包覆模式的修饰效果最为显著, 能够较大幅度降低量子点的细胞毒性并提高其光稳定性。 本研究对基于蛋白包覆的量子点的合成与修饰具有重要参考价值。

主要结果概括如下:

1. 通过水热合成法, 分别以3-巯基丙酸(MPA)和N-乙酰基-L-半胱氨酸(NAC)为稳定剂, 制备了不同粒径的CdTe QDs。 所合成量子点的荧光量子产率高, 形状近似球形, 粒径分布均一, 为后续实验奠定了材料基础。

2. 利用荧光光谱和红外光谱研究了BSA对CdTe QDs的包覆修饰作用及其对量子点光稳定性的影响。 BSA与量子点分别以静电作用、配位作用和共价作用相结合后, 量子点的荧光均有增强。相同条件下经紫外光照射, 量子点荧光均发生降低, 降低程度由大到小为: 无BSA包覆QDs＞静电作用包覆QDs＞配位作用包覆QDs＞共价作用包覆QDs。 而在溶液中加入NaN₃(单线态氧淬灭剂)后, 经紫外光照射, 量子点的荧光不再降低, 光稳定性显著增强, 表明量子点在紫外光照射下产生了单线态氧而使其荧光发生淬灭。

3. 利用激光扫描共聚焦荧光显微镜, 发现量子点进入细胞后, 分布于细胞核周围的细胞质中。 不同蛋白包覆模式修饰的CdTe QDs对细胞周期和细胞凋亡具有不同程度的影响,影响程度由大到小为: 无BSA包覆QDs＞静电作用包覆QDs＞配位作用包覆QDs＞共价作用包覆QDs。 细胞毒性实验结果与上述结果相吻合: BSA与QDs以共价作用结合时, QDs的毒性最小, 无BSA包覆的QDs毒性最大。 毒性机理可能是, 分布于细胞核周围的量子点释放出重金属Cd²⁺, 阻止了RNA和/或微管蛋白等的合成, 导致细胞周期发生阻滞, 引起细胞毒性, 最终导致细胞凋亡。 而量子点包覆了BSA后, 抑制了Cd²⁺的释放, 降低了游离Cd²⁺的浓度, 减小了细胞毒性。本研究结果为提高量子点的生物安全性及体内应用提供了一定实验依据。