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《复旦大学》 2008年
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水相CdTe量子点在细胞中的光致发光行为研究

张豫  
【摘要】: 纳米科学在生物医学领域的应用是现在最引人注目、最具活力的研究方向之一。水溶性半导体荧光量子点由于其良好的光学特性,如高量子效率、尺寸可调的荧光发射波长、宽带吸收与窄带荧光、光稳定性良好、双光子吸收截面大等,被认为是非常重要的一种荧光标记材料,并且广泛地应用于细胞标记技术、蛋白示踪、DNA阵列检测技术、免疫荧光标记方法、生物活体及组织检测等方向的研究。结合量子点的荧光共振能量转移,荧光漂白恢复,荧光寿命成像等先进手段在细胞生物学,生物化学和医学等领域的应用也有初步的研究。由量子点带来的技术变革还远未结束。本文围绕硫醇包覆水溶性的碲化镉量子点在活体细胞内的行为展开,分别研究了CdTe量子点在细胞内的动态分布过程,细胞内量子点的荧光光谱特性和荧光寿命特性,并且对细胞复杂微环境下影响量子点光学特性的因素作了深入探讨。主要有以下三个方面的结果: 1.基于激光扫描共焦显微镜系统,研究了亚细胞尺度下量子点在活体细胞内动态分布过程。通过细胞的荧光双染色技术,发现量子点在细胞内不仅可以富集于内涵体/溶酶体,而且更重要的是,我们首次观察到了量子点进入高尔基体的动态过程,发现高尔基体也是摄入细胞的量子点的一个主要分布区域。这对于如何将量子点用于生物标记和了解纳米微颗粒在细胞内的输运都有重要意义。 2.细胞内量子点的荧光特性是量子点作为应用于生物医学光子材料的最基本的依据。本文利用共焦显微镜的微区荧光光谱技术,研究了细胞内量子点的光诱导荧光现象,发现了量子点的光激活、光致蓝移和光淬灭现象,并且首次用实验证明了量子点的光氧化过程是细胞内量子点的这些光诱导荧光现象的主要原因。同时证明了单态氧是由光激发的量子点将能量传递给吸附在量子点表面配体之间的氧分子而产生的。这些结果表明细胞内的氧环境对量子点的光致发光行为有重要的影响。 3.量子点在细胞内的荧光效率是一个非常重要的参数,但是由于细胞内的复杂环境和量子点分布的不均匀,很难对荧光效率作定量分析。而荧光寿命则不受上述因素的影响,能够很好地反映非辐射弛豫产生的结果,因此是荧光效率的一个很好的判据,同时也是量子点其他应用的重要依据(如荧光寿命图像显微术,Fluorescence lifetime imaging microscopy)。本文根据量子点在细胞器内的分布,首次研究了量子点在亚细胞微区的荧光寿命。结果表明在活体细胞内复杂的微环境下,不同区域的量子点荧光寿命有很大的差异,酸性溶酶体内的量子点荧光寿命明显低于溶酶体外的量子点的寿命,而细胞内的量子点荧光寿命明显低于水溶液中量子点的荧光寿命。进一步的研究证明,酸性环境和细胞生物分子与量子点的相互作用是影响细胞内量子点寿命的两个可能原因。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:O471.1

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