纳米材料与生物技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
《纳米材料与生物技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《纳米材料与生物技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx(107页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、量子点纳米晶制备及其在生物分析中应用第1页量子点量子点(Quantum dots)(Quantum dots)有时也叫纳米晶,它是纳米尺度原子有时也叫纳米晶,它是纳米尺度原子和分子集合体,普通粒径范围在和分子集合体,普通粒径范围在2 220nm20nm。量子点即是将材。量子点即是将材料尺寸在三维空间进行约束,并到达一定临界尺寸(抽象成料尺寸在三维空间进行约束,并到达一定临界尺寸(抽象成一个点)后,材料行为将含有量子特征(类似在箱中运动粒一个点)后,材料行为将含有量子特征(类似在箱中运动粒子),结构和性质也随之发生从宏观到微观转变。子),结构和性质也随之发生从宏观到微观转变。量子点纳米晶生物医学
2、第2页Quantum Dots (QDs)量子点量子点 (Luminescence Semiconductor nanocrystals 半导体纳米晶体半导体纳米晶体)70 年代,量子点因为其独特光学特征年代,量子点因为其独特光学特征,认为其应用主要集中在电子与认为其应用主要集中在电子与光学方面光学方面 80 年代,生物学家已经对量子点产生了浓厚兴趣,但因为它荧光量年代,生物学家已经对量子点产生了浓厚兴趣,但因为它荧光量子产率低,工作集中在研究量子点基本特征方面子产率低,工作集中在研究量子点基本特征方面 1997 年以来,量子点制备技术不停提升年以来,量子点制备技术不停提升,量子点已越来越可能
3、应用于量子点已越来越可能应用于生物学研究。生物学研究。量子点可作为生物探针是从量子点可作为生物探针是从1998年美国加州伯克利大学年美国加州伯克利大学Alivisatos 印第安纳大学印第安纳大学Nie两个研究小组开始,今后量子点功效深入被发觉、两个研究小组开始,今后量子点功效深入被发觉、推广,使之成为生物学领域研究热点。推广,使之成为生物学领域研究热点。第3页纳米粒子和生物分子尺寸范围第4页生物标识技术(Biomarker)生物标识技术原理是将含有标志性信号材料,如不一样颜色染料分子,能发是将含有标志性信号材料,如不一样颜色染料分子,能发射强荧光分子,含有磁性或放射性分子等,经过化学键或射强
4、荧光分子,含有磁性或放射性分子等,经过化学键或非共价键和待识别生物组织连接起来,从而直观地观察和非共价键和待识别生物组织连接起来,从而直观地观察和分析被标识物存在和改变。分析被标识物存在和改变。第5页当前有3种类型纳米粒子可做为荧光标识1)含有光学活性金属纳米粒子2)荧光纳米球乳液(已商品化)3)发光量子点第6页长径比不一样Au 纳米棒TEM 照片(上方),光谱(左下角)和照片(右下角)(a)1.35 0.32;(b)1.95 0.34;(c)3.06 0.28;(d)3.50 0.29;(e)4.42 0.23第7页光镜金银免疫金银染色标识细胞表面标志物观察结果(a)Siha 细胞中HPV1
5、6病毒位置,HPV16病毒是子宫颈癌标志物(b)尖锐湿疣细胞中HPV6/11病毒,因为病毒被大量感染,细胞被染成深色免疫金纳米粒子细胞染色免疫金纳米粒子细胞染色第8页普通胶体金标识普通胶体金标识 免疫胶体金标识免疫胶体金标识免疫金纳米粒子细胞染色免疫金纳米粒子细胞染色电镜下观察到细胞纺锤形微管电镜下观察到细胞纺锤形微管第9页量子点在生物分析中应用 荧光分析法惯用于临床测定生物样品中一些成份含量,但荧光分析法惯用于临床测定生物样品中一些成份含量,但若直接用荧光光谱法对它们进行研究时,碱基和核酸荧光量若直接用荧光光谱法对它们进行研究时,碱基和核酸荧光量子效率很低,只有色氨酸、酪氨酸、和苯丙氨酸有天
6、然荧光,子效率很低,只有色氨酸、酪氨酸、和苯丙氨酸有天然荧光,所以检测它们最好方法还是利用各种荧光探针。所以检测它们最好方法还是利用各种荧光探针。当前,应用最为普遍荧光探针是有机染料,但它们激光光当前,应用最为普遍荧光探针是有机染料,但它们激光光谱都较窄,所以难同时激发各种组分,而其荧光特征谱又较谱都较窄,所以难同时激发各种组分,而其荧光特征谱又较宽,而且分布不对称,最严重缺点是其光化学稳定性差。宽,而且分布不对称,最严重缺点是其光化学稳定性差。第10页研究较多量子点主要由II-VI族或III-V 族元素组成第11页(a)CdSe 量子点发光和粒径关系;(b)CdSexTe1-x 发光和组成关
7、系(粒径保持不变,5 nm)第12页单个波长可激发全部量子点单个波长可激发全部量子点,而不一样染料分子而不一样染料分子荧光探针需多个激发波长荧光探针需多个激发波长应用范围广:可用于应用范围广:可用于多领域多领域和多仪器和多仪器各种颜色:各种颜色:颜色取决于量子点大小,在同一激发颜色取决于量子点大小,在同一激发波长下,可发出各种激发光,到达同时检测各种指波长下,可发出各种激发光,到达同时检测各种指标要求。标要求。抗光致漂白性抗光致漂白性安全:细胞毒性低,可用于安全:细胞毒性低,可用于活细胞及体内研究活细胞及体内研究荧光时间长:荧光时间较普通荧光分子长数千倍,荧光时间长:荧光时间较普通荧光分子长数
8、千倍,便于长久跟踪和保留结果便于长久跟踪和保留结果第13页(a)荧光素激发谱和发射谱(b)CdSe量子点激发谱和发射谱第14页三种不一样尺寸量子点荧光光谱第15页荧光素和量子点标识物光稳性比较荧光素和量子点标识物光稳性比较第16页 与传统荧光探针相比,量子点激发光谱宽,且连续分布,即不一样大小纳米晶体能被单一波长光激发而发出不一样颜色光,而发射光谱成对称分布且宽度窄,而且光化学稳定性高,不易光解。量子点作为一个荧光探针在生物标识及诊疗领域有着广泛应用前景。(Nature,413:450-452)Absorption and emission spectra of a series of siz
9、e-selected CdSe nanocrystals.(Nature Biotechnology,19:621622)第17页量子点标识过程示意量子点标识过程示意第18页量子点合成1 有机体系2 水相体系第19页 有机金属前驱体溶液有机金属前驱体溶液烷基金属烷基金属(如,二甲基镉如,二甲基镉)和烷基非金属和烷基非金属(如,二如,二-三三甲硅烷基硒甲硅烷基硒)主配体三辛基氧化磷主配体三辛基氧化磷(TOPO)及溶剂兼次配体三辛基磷及溶剂兼次配体三辛基磷Schematic procedure for the preparation of high quality nanocrystals via
10、 organometallic routes.(J.Am.Chem.Soc.1993,115,8706)有机金属法第20页量子效率高(可达 90%)荧光半峰宽窄(仅有 30 nm)是当前合成高质量量子点最成功方法之一反应条件过于苛刻,严格无氧无水操作原料价格昂贵,毒性太大,且易燃易爆优缺点第21页有机“绿色化学”法改进有机金属法 选取毒性小金属氧化物选取毒性小金属氧化物(CdO)(CdO)或盐或盐(Cd(OOCCH3)2(Cd(OOCCH3)2,CdCO3)CdCO3)选取长烷基链酸、氨、磷酸、氧化磷为配体;选取长烷基链酸、氨、磷酸、氧化磷为配体;以高沸点有机溶剂为介质以高沸点有机溶剂为介质降
11、低了成本和对设备要求降低了成本和对设备要求降低了对环境污染降低了对环境污染Chem.Eur.,8,334.第22页 大多数生物分子都是亲水,有机相中纳米大多数生物分子都是亲水,有机相中纳米晶必须经过深入表面亲水修饰才能具备生物晶必须经过深入表面亲水修饰才能具备生物亲合性,亲水修饰过程不但需要复杂表面配亲合性,亲水修饰过程不但需要复杂表面配体交换,而且会破坏量子点发光性质。体交换,而且会破坏量子点发光性质。1 有机体系有机体系2 水相体系水相体系第23页J.Phys.Chem.B,106,7177.离子型前驱体,离子型前驱体,巯基小分子配体巯基小分子配体介质为水介质为水第24页经过回流使纳米晶逐
12、步成核生长,因为水沸腾温度为 100,纳米晶没有明确生长界限造成量子点荧光半峰宽较宽,量子效率也较低,(仅有 310%)离心分级(选择性沉淀)来提升其量子效率第25页水热法制备 CdTe 纳米晶为在水溶液中直接设计合成高质量纳米晶开辟了新路径高温加紧了纳米晶生长速率和荧光半峰宽窄化高温加紧了纳米晶生长速率和荧光半峰宽窄化(黄绿光量子效率可达黄绿光量子效率可达30以上以上)Adv.Mater.,15(20),1712,Hao Zhang&Bai Yang et al.第26页第27页未经任何处理即可用于生物标识鼠细胞平均尺度为4 m.标识有标识有CdTe纳米晶鼠细胞荧光显微镜照片纳米晶鼠细胞荧光
13、显微镜照片 (a)细胞本身;细胞本身;(b)发黄色发黄色CdTe纳米晶纳米晶.放大图象:放大图象:(c)发绿色发绿色CdTe纳米晶;纳米晶;(d)发红色发红色CdTe纳米晶纳米晶.第28页荧光量子点表面修饰表面效应是影响纳米粒子性质一个不可忽略原因表面效应是影响纳米粒子性质一个不可忽略原因水溶性是纳米晶用于生物标识必须处理水溶性是纳米晶用于生物标识必须处理 第29页量子点表面修饰树枝状分子配体修饰量子点树枝状分子配体修饰量子点第30页用量子点检测肿瘤细胞Quantum dots modified with antibodies to human prostate specific membra
14、ne antigen light up murine tumors that developed from human prostate cells.第31页用量子点检测肿瘤细胞 科学家们将转铁蛋白与量子点共价交联,让宫颈癌细胞“吞”进细胞内,使连接了量子点转铁蛋白依然含有生物活性,实现单色长久荧光标识观察。第32页 他们采取两种大小不一样量子点标识小鼠成纤维细胞,一个发射绿色荧光,一个发射红色荧光,而且将发射红色荧光量子点特异地标识在细胞内肌动蛋白丝上,而发射绿光量子点与尿素和乙酸结合,这么量子点与细胞核含有高亲和力,并且能够同时在细胞中观察到红色和绿色荧光,从而实现双色荧光标识观察。第33
15、页在生物检测中其它应用把量子点分别同生物素、尿素、醋酸盐和某种抗体链接把量子点分别同生物素、尿素、醋酸盐和某种抗体链接了起来,成功抵达了特定细胞结构;了起来,成功抵达了特定细胞结构;能够有许各种分子用作量子点能够有许各种分子用作量子点导引物质导引物质,包含核酸、细,包含核酸、细胞膜上脂质、同载体蛋白质或载体糖联络紧密蛋白质,胞膜上脂质、同载体蛋白质或载体糖联络紧密蛋白质,还有一些药品能够把量子点导引到特定细胞结构中去;还有一些药品能够把量子点导引到特定细胞结构中去;研究人员研究人员正致力于量子点在神正致力于量子点在神经递质经递质研究(了解神研究(了解神经经信信号号传导传导研究)中研究)中应应用
16、。他用。他们们将量子点将量子点标识标识在一个主要神在一个主要神经递质经递质5-5-羟羟色胺上色胺上,然后然后观观察了察了转转运蛋白是怎运蛋白是怎样样推推进进神神经递质经递质在将信号在将信号经过经过相相邻邻神神经细经细胞胞间间隙隙传递传递后,又回到后,又回到细细胞中胞中过过程程;能能够应够应用在医学成像技用在医学成像技术术中中 第34页量子点与蛋白偶联 伴随人类基因组计划(HGP)顺利完成,蛋白质组研究已经成为生命科学一个主要领域.需要建立一些快速、高效、高通量蛋白质分析方法.量子点荧光探针在一些方面能满足这些要求。第35页WillardWillard等人将巯基乙酸修饰量子点与生物素标识牛血清白
17、蛋白等人将巯基乙酸修饰量子点与生物素标识牛血清白蛋白(QD-bBSA)(QD-bBSA)结结合后合后,使之与四甲基罗丹明标识亲和素使之与四甲基罗丹明标识亲和素(Sav-TMR)(Sav-TMR)作用作用,结果观察到量子点结果观察到量子点与四甲基罗丹明与四甲基罗丹明(TMR)(TMR)之间有荧光共振能量转移现象发生。之间有荧光共振能量转移现象发生。Science Science 1998,281:-.1998,281:-.这一结果表明这一结果表明,量子点可在蛋白质量子点可在蛋白质-蛋白质键合分析中作为荧光共振能量转蛋白质键合分析中作为荧光共振能量转移供体移供体.另外另外,将量子点与蛋白质芯片技术
18、相结合将量子点与蛋白质芯片技术相结合,可大大提升蛋白质芯片检可大大提升蛋白质芯片检测灵敏度。测灵敏度。第36页量子点在其它方面应用Schematic representation of qdot targeting.Applied Biological Sciences,99(20):12617-12621.量子点用于活体方面研究量子点用于活体方面研究 将不一样将不一样CdSe/ZnSCdSe/ZnS核核-壳型量壳型量子点表面用不一样多肽修饰后子点表面用不一样多肽修饰后,注射到老鼠体内注射到老鼠体内,对活体切片后对活体切片后进行分析进行分析.结果发觉结果发觉:不一样多肽修饰量子不一样多肽修饰量
19、子点可特异性结合到正常或发生点可特异性结合到正常或发生肿瘤老鼠肺部脉管系统。肿瘤老鼠肺部脉管系统。这些结果预示着量子点可能进行这些结果预示着量子点可能进行疾病诊疗和药品传递等方面研究疾病诊疗和药品传递等方面研究.第37页 量子点在基因组学、蛋白质组学、药品筛选以及细量子点在基因组学、蛋白质组学、药品筛选以及细胞成像等方面有着广泛应用前景,将量子点用于活体胞成像等方面有着广泛应用前景,将量子点用于活体实时、动态检测是当前一个发展方向实时、动态检测是当前一个发展方向.另外另外,应用多色量子点发展平行生物传感和检测技术应用多色量子点发展平行生物传感和检测技术也是当前一个发展热点也是当前一个发展热点,
20、这些技术将把微流控技术、这些技术将把微流控技术、微阵列技术及量子点优点集中起来微阵列技术及量子点优点集中起来,有着辽阔发展前有着辽阔发展前景景.展望第38页磁性纳米材料及其在生物医学中应用第39页天然磁性纳米材料许多生物体内就有天然纳米磁性粒子,如磁性细菌,鸽子,海豚,石鳖,蜜蜂,人大脑等这里有大量课题需要研究,尤其需要有物理和磁学背景人员参加,有利于对问题了解第40页向磁性细菌1975年即发觉向磁性细菌年即发觉向磁性细菌-体内有一排磁性纳米粒体内有一排磁性纳米粒子子第41页人类大脑中平均含有人类大脑中平均含有20微克(约微克(约500万万粒)磁性纳米粒子粒)磁性纳米粒子第42页石鳖齿舌中含有
21、大量石鳖齿舌中含有大量一维纳米磁性丝一维纳米磁性丝第43页从各种细菌中分离得到磁性氧化铁纳米粒子粒径均一、形貌规整。当前纳米磁性材料制备主要依赖于化学制备方法。第44页磁性纳米材料通常为氧化铁所组成,如Fe2O3、Fe3O4现行产品中,常见利用包埋或包覆磁性微粒,结合抗体以做为细胞分离与纯化步骤第45页磁性纳米材料合成取Fe2+与Fe3+混合加热,反应沉淀而得混合Fe3+及Fe2+在碱性条件下可形成Fe3O4纳米微粒第46页磁性纳米粒子表面修饰较高比表面积,所以含有强烈聚集倾向调整磁性纳米粒子与其它材料相容性和反应特征u采取有机小分子修饰粒子表面u采取有机高分子修饰粒子表面u采取二氧化硅修饰粒
22、子表面第47页磁性纳米粒子有机高分子修饰用多肽稳定用多肽稳定-Fe2O3纳纳米粒子胶米粒子胶团团示意示意图图第48页磁性纳米粒子表面SiO2修饰能够屏蔽磁性纳米粒子之间偶极相互作用,阻止粒子发生团聚含有优良生物相容性、亲水性、稳定性采取水解有机硅氧烷方法制备尺寸均一SiO2微球技术已相当成熟,为制备高质量磁性微球提供确保第49页磁性纳米粒子表面SiO2修饰修饰修饰SiO2核壳形磁性纳米微球,表面接有功效性基团核壳形磁性纳米微球,表面接有功效性基团第50页磁性纳米粒子表面SiO2修饰气溶胶高温分解法制备中空和实心磁性气溶胶高温分解法制备中空和实心磁性SiO2微球微球TEM图及形成机理图及形成机理
23、第51页磁性纳米粒子在临床诊疗和治疗磁性纳米粒子在临床诊疗和治疗中应用中应用体外体外(in vitro)应用:细胞、蛋白质、应用:细胞、蛋白质、DNA、细胞及病毒分离、分析和搜集、细胞及病毒分离、分析和搜集体内(体内(in vivo)应用:药品磁导向、辅助疾病诊疗和治疗应用:药品磁导向、辅助疾病诊疗和治疗第52页磁性纳米粒子在细胞分离中应用磁性纳米粒子在细胞分离中应用磁分离是利用功效化磁性纳米粒子表面配体(或受磁分离是利用功效化磁性纳米粒子表面配体(或受体)与受体(或配体)之间特异相互作用如抗体体)与受体(或配体)之间特异相互作用如抗体抗原和亲和素生物素等来实现对靶向生物目抗原和亲和素生物素等
24、来实现对靶向生物目标快速分离。标快速分离。第53页细胞分离细胞分离磁分离过程示意图第54页细胞分离细胞分离磁分离过程示意图.用磁性粒子进行标识材料;未标识材料;第55页细胞磁分离技术优点细胞磁分离技术优点磁性载体与细胞识别过程基本上能够确保不破坏细磁性载体与细胞识别过程基本上能够确保不破坏细胞形态,同时也不影响非识别细胞胞形态,同时也不影响非识别细胞分离纯度能够高达分离纯度能够高达95-99.9%不影响细胞功效和活性,经磁分离细胞存活率能够不影响细胞功效和活性,经磁分离细胞存活率能够到达到达90%以上以上分离操作方便、快捷分离操作方便、快捷第56页细菌和病毒磁分离细菌和病毒磁分离对于病毒和细菌
25、,常规检测方法检测限通常只能过到对于病毒和细菌,常规检测方法检测限通常只能过到100cfu/mlXu等最近发展基于磁性纳米粒子检测方法对细菌检测等最近发展基于磁性纳米粒子检测方法对细菌检测灵敏度能够到达约灵敏度能够到达约15cfu/ml第57页细菌和病毒磁分离细菌和病毒磁分离采取高温分解法制备了油酸油胺稳定FePt纳米粒子,然后经过表面修饰制备了万古霉素(Van)与FePt复合物(FePt-Van)第58页细菌和病毒磁分离细菌和病毒磁分离利用万古霉素与抗万古霉素肠球菌(VRE)和细菌细胞壁上末端多肽(DAla-D-ALa)之间氢键作用识别和富集细菌。第59页 利用药品载体磁性特点,在外加磁场作
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 纳米 材料 生物技术 公共课 一等奖 全国 获奖 课件
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。