استفاده از نقاط کوانتومی برای تصویربرداری سلولی

زیست شناسی

در تجزیه و تحلیل بیولوژیکی مدرن ، انواع مختلفی از رنگهای آلی استفاده می شود. با این حال ، با پیشرفت فناوری ، انعطاف پذیری بیشتری در این رنگها جستجو می شود.  برای این منظور ، نقاط کوانتومی به سرعت نقش را تکمیل می کنند ، که از نظر رنگ بر روی ارگانیک های سنتی از نظر تعداد مختلفی برتر است ، که یکی از سریعترین آنها روشنایی (به دلیل ضریب انقراض زیاد همراه با عملکرد کوانتومی قابل مقایسه با رنگهای فلورسنت) است.    و همچنین پایداری آنها (اجازه می دهد تا میزان کمتری از فوتوبالیزاسیون).  تخمین زده شده است که نقاط کوانتومی 20 برابر درخشان تر و 100 برابر پایدار از گزارشگران سنتی فلورسنت هستند.  برای ردیابی تک ذرات ، چشمک زدن های نامنظم نقاط کوانتومی یک اشکال جزئی است. با این حال ، گروه هایی وجود داشته اند که نقاط کوانتومی ایجاد کرده اند که در واقع بدون چشم پوشی هستند و کاربردهای آنها را در آزمایش های ردیابی تک مولکول ها نشان داده اند. 

استفاده از نقاط کوانتومی برای تصویربرداری سلولی بسیار حساس ، پیشرفتهای اساسی داشته است.  به عنوان مثال ، قابلیت عکس پذیری بهبود یافته از نقاط کوانتومی ، دستیابی به بسیاری از تصاویر متوالی هواپیمای کانونی را دارد که می توان در یک تصویر سه بعدی با وضوح بالا بازسازی کرد.  کاربرد دیگری که از قابلیت مقاومت پذیری فوق العاده کاوشگرهای کوانتومی بهره می برد ، ردیابی در زمان واقعی مولکول ها و سلول ها در مدت زمان طولانی است.  آنتی بادی ها ، استرپتاویدین ، ​​پپتیدها ،  DNA ، آپتامرهای اسید نوکلئیک اسید ،  یا لیگاند های مولکول های کوچک  می توانند برای هدف قرار دادن نقاط کوانتومی به پروتئین های خاص روی سلول ها استفاده شوند. محققان قادر به مشاهده نقاط کوانتومی در غدد لنفاوی موش ها بیش از 4 ماه بودند. 

نقاط کوانتومی می توانند دارای خواص ضد باکتریایی مشابه نانوذرات باشند و می توانند باکتری ها را به روش وابسته به دوز از بین ببرند.  یکی از مکانیسم هایی که نقاط کوانتومی می توانند باکتری ها را از بین ببرند ، از بین رفتن عملکرد سیستم آنتی اکسیدانی در سلولها و تنظیم ژنهای آنتی اکسیدانی است. علاوه بر این ، نقاط کوانتومی می توانند به دیواره سلول آسیب وارد کنند. نقاط کوانتومی نشان داده شده است که در برابر هر دو باکتری گرم مثبت و گرم منفی مؤثر است. 

نقاط کوانتومی نیمه هادی همچنین برای تصویربرداری آزمایشگاهی از سلولهای از پیش برچسب استفاده شده است. انتظار می رود توانایی تصویربرداری از مهاجرت تک سلولی در زمان واقعی برای چندین زمینه تحقیقاتی از قبیل جنین زایی ، متاستاز سرطان ، درمان سلول های بنیادی و ایمونولوژی لنفوسیت ها انجام شود.

یکی از کاربردهای نقاط کوانتومی در زیست شناسی همانند فلوروفورهای اهداکننده در انتقال انرژی رزونانس Förster است که در آن ضریب انقراض بزرگ و خلوص طیفی این فلوروفورها آنها را برتر از فلوروفورهای مولکولی قرار می دهد.  همچنین شایان ذکر است که جذب گسترده QD ها امکان انتخاب را فراهم می آورد تحریک اهدا کننده QD و حداقل تحریک یک گیرنده رنگ در مطالعات مبتنی بر FRET. قابلیت استفاده از مدل FRET ، که فرض می کند که نقطه کوانتومی را می توان به عنوان قطبی از نقطه تقریب کرد ، اخیراً نشان داده شده است 

استفاده از نقاط کوانتومی برای هدف قرار دادن تومور در شرایط in vivo از دو طرح هدفمند استفاده می کند: هدف گیری فعال و هدف گذاری منفعل. در مورد هدف قرار دادن فعال ، نقاط کوانتومی با سایت های اتصال تومور خاص عملکردی می شوند تا به صورت انتخابی به سلول های تومور متصل شوند. هدف قرار دادن منفعل با استفاده از نفوذ بیشتر و احتباس سلول های توموری برای تحویل پروب های نقطه کوانتومی انجام می شود. سلولهای تومور با رشد سریع به طور معمول دارای غشاهای قابل نفوذ بیشتری نسبت به سلولهای سالم هستند و این امر باعث نشت نانوذرات کوچک در بدن سلول می شود. علاوه بر این ، سلولهای تومور فاقد سیستم زهکشی لنفاوی مؤثر هستند ، که منجر به تجمع نانوذرات بعدی می شود.

کاوشگرهای نقطه کوانتومی سمیت داخل بدن را نشان می دهند. به عنوان مثال ، نانوکریستالهای CdSe برای سلولهای کشت شده تحت تابش اشعه ماوراء بنفش بسیار سمی هستند ، زیرا ذرات در فرایندی که به عنوان فوتولیز شناخته می شود ، یون های سمی کادمیوم سمی را در محیط کشت آزاد می کنند. با وجود این ، در صورت عدم تابش اشعه ماوراء بنفش ، نقاط کوانتومی با روکش پلیمری پایدار اساساً غیر سمی است.  محصور سازی هیدروژل از نقاط کوانتومی اجازه می دهد تا نقاط کوانتومی به یک محلول آبی پایدار وارد شوند و احتمال نشت کادمیوم را کاهش می دهد. مجدداً ، در مورد فرآیند دفع نقاط کوانتومی موجودات زنده بسیار اندک شناخته شده است. 

در کاربرد بالقوه دیگر ، نقاط کوانتومی به عنوان فلوروفور معدنی برای تشخیص حین عمل تومورها با استفاده از طیف سنجی فلورسانس مورد بررسی قرار می گیرند.

تحویل نقاط کوانتومی آسیب دیده به سیتوپلاسم سلول با تکنیک های موجود یک چالش بوده است. روشهای مبتنی بر بردار منجر به تجمع و جداسازی درون هسته ای نقاط کوانتومی شده اند در حالی که الکتروپورسیون می تواند به ذرات نیمه رسانا و نقاط تحویل کل در سیتوزول آسیب برساند. از طریق فشرده سازی سلول ، نقاط کوانتومی می توانند به طور مؤثر و بدون ایجاد تجمع ، به دام انداختن مواد در اندوسوم یا از بین رفتن قابل توجه زنده ماندن سلول انجام شوند. علاوه بر این ، نشان داده است که نقاط کوانتومی جداگانه