量子点细胞毒性的定量研究

纳米科学属于21世纪的前沿科学领域。随着纳米技术的兴起，纳米的毒性及生物学效应也引起了广泛关注。《Science》、《Nature》连续多次发表编者文章讨论纳米材料的毒性和生物效应问题，量子点在纳米医药学和纳米生物技术等应用领域占有重要一席。迄今为止的国内外各种研究结果表明，对量子点毒性的研究，主要以细胞毒性研究为主，目前还未见到对量子点细胞毒性相关定量研究的报道。用激光扫描共聚焦显微镜、多光谱荧光活体成像系统进行量子点（不同结构、不同粒径、不同包覆）染毒的培养细胞毒理学指标检测及用我校拥有的全国唯一的一台高场强（7.0 T）磁共振动物活体功能成像系统进行活体动物组织细胞的量子点定量毒性研究。通过研究，弄清目前最新型的荧光材料-量子点在体外细胞培养及活体动物荧光成像的安全使用剂量及途径。

量子点(quantum dots，QDs)是一种新型荧光纳米材料，由于其优异的光谱特征及独特的光化学稳定性而广泛应用于荧光检测、生物标记、活细胞和活体动物示踪观察、药物筛选及疾病诊断等，在生物医学和纳米生物学等领域发挥着重要的作用。如何以最安全的剂量在生物医学和临床使用，是本研究的主攻方向。本项目主要进行了量子点的合成、表征，分别测定了不同粒径、不同剂量、不同类型的量子点对细胞的生长抑制作用、对细胞超微结构的影响、对细胞的氧化损伤和DNA损伤作用、对细胞的微核率和凋亡率的影响、对荧光成像功能的影响。. 取得的研究成果主要包括：2.2nm的荧光量子点发绿色荧光，3.5nm的量子点红色荧光；生物相容性好、分散性好、稳定性好。经对体外培养细胞的增殖抑制、形态学、细胞培养液中LDH、氧化损伤、细胞凋亡率、DNA的损伤、活性氧、[Ca2+]i、线粒体膜电位等的检测，40μg/ml以下剂量的量子点毒性较低、发光效果较好、发光性能稳定。. 活体成像技术实时动态比较了肿瘤自带GFP的荧光成像和CdTe靶向肿瘤部位的成像效果，通过设置多时间点检测对CdTe（不同浓度）和GFP的荧光发光稳定性进行了比较，成像结果显示，随着时间的延长，GFP的荧光强度衰减明显，在2 h内就发生大幅下降，随后荧光强度逐渐减弱，而CdTe的荧光强度衰减缓慢，在1～8h内基本无显著下降，显示了良好的荧光稳定性。. 量子点对小鼠骨髓细胞微核染色制片优于传统的吉姆萨染色方法。此法简单易行、观片时间是传统法的1/20～1/50，大大降低了劳动强度，且判别准确率高，值得推广应用。使用量子点制成的CdTe/CdS-CD3探针可以高效而特异性的标记人外周血中期细胞染色体，色彩鲜艳、分辨率高。. 迄今为止的国内外对量子点毒性的研究，尚未有定量研究的报道。我们首次发现量子点的毒性并不是呈现有规律的剂量--反应关系，当超过了特定的剂量范围时，其毒性反而明显降低，其科学意义在于：量子点的较高剂量可以保证其发光效果，而既要保证发光效果同时又要使毒性较低，方可在生物医学领域以及临床上得到很好的推广应用。