利用生物成像中的电子显示技术

从智能手机和平板电脑上浏览，到在电脑上工作，再到看我们最喜欢的电视节目，我们每天都被动地认为电子产品屏幕的亮度是理所当然的。之所以能像我们经常做的那样，连续数小时欣赏屏幕，部分原因在于量子点——这种半导体纳米晶体具有独特的光学特性，可以承受数小时的电活动，并为我们提供我们在屏幕上体验到的高清晰度和亮度。

考虑到这些特性，上世纪90年代的科学家们想到将这种强大的电子显示技术应用于生命科学——如荧光染料和探针，应用于从疾病诊断到医学成像的任何领域，也就不足为奇了。

在1998年发表了一些开创性的文章之后，^1，2在生物学和医学中使用量子点的想法诞生了。在其中一篇原始论文中，有报道称，与传统有机染料相比，量子点被输送到培养中的海拉细胞中时，其亮度惊人地提高了20倍，抗褪色稳定性提高了100倍。¹从那时起，量子点在纳米医学研究中得到了相当多的关注，从标记乳腺癌标志物到监测活细胞中的细胞运输。

所以我们有了一个全新的标记，它不会褪色，发光更亮，甚至有一个可调谐的发射光谱，这样你就可以很好地改变荧光的颜色。尤里卡时刻!对吧?嗯，不完全是!不幸的是，当它们最初被设计用于电子屏幕时，毒性当然不是主要考虑因素。量子点的核心是镉，这是一种天然有毒的重金属，已知会导致肺部疾病、骨密度降低、出生缺陷和肾脏损伤引起的肾功能障碍，以及其他改变生活的影响。

美国的学者发表了关于在成像中使用量子点的研究，我记得读到这篇论文时，我想“这不是正确的方法”。

Mark Green，伦敦国王学院，英国

别担心，我们可以给它涂上一层聚合物保护层，对吧?理论上是的。但是在活体实验中，人们发现即使周围有一层保护层，有毒的重金属仍然从堆芯中泄漏出来——这是将量子点用于人类诊断或治疗的任何希望的重大挫折。

注意到这一主要问题，英国伦敦国王学院研究量子点的研究人员寻找替代方案。国王学院生物纳米技术教授马克·格林说:“美国的学者发表了关于在成像中使用量子点的研究，我记得读到这篇论文时，我想‘这不是正确的方法’。”“虽然这项研究有很好的原理，但量子点中含有镉，所以它们永远不会有临床应用。”

在他的实验室里思考了多年替代方案后，他不知道有一天晚上开车回家时，在等红绿灯的时候，他突然想到了这个想法:“为什么我们不使用有机半导体而不是含金属的无机半导体呢?””

据悉，有机半导体与有机发光二极管(OLED)和LED电视中的无机金属颗粒相比，可以轻松安全地与化学和生物过程相结合。这使得它们成为未来体内应用的理想候选。他说，我不确定这是否可行。“我认为这是一个不错的想法，我做了大量的文献和实验室工作，才意识到它其实很简单。”

大约14年前，在对这一想法进行了几次初步实验之后，格林意识到自己有所发现。“我们做了很多微调和尝试，现在我们意识到我们有一些特别的东西。”

这种“特殊的东西”就是格林的共轭聚合物纳米颗粒(CPN)技术，该技术去年由Stream Bio公司从国王学院获得授权。cpn有一个无毒的半导体发光聚合物核心，表面有一个盖子，使它们具有生物相容性。更重要的是，这些cpn发射和稳定性远远超过量子点所见过的任何东西。“量子点以前被认为是市场上最亮的标记工具，但我们发现了这些cpn比它们亮200倍左右，”格林说。

到目前为止，在实验室中，cpn仍然保持着令人印象深刻的明亮和稳定:尽管在桌子上放置了两年多，但团队仍然在等待它们褪色。它们还具有很高的灵敏度，可以产生不同波长和颜色的范围。它们有一个多功能的表面，可以用选择的标记进行个性化，比如抗体，直接针对特定的位置，比如肿瘤。

这项技术已经引起了人们的兴奋，许多行业的大公司都对各种应用感兴趣。

除了亮度、灵敏度、安全性和特定的靶向能力之外，这种激动人心的部分原因是cpn独特的磁性功能。这最初是为了实现多模态成像，结合体内荧光和MRI成像研究。然而，当应用于体外应用时，发现核心内的氧化铁可以促进颗粒和细胞样本的移动、操作、纯化和量化，这是目前其他试剂所不具备的特性。澳门万博公司

cpn的体外应用和它的“磁性手柄”并不是格林团队最初的意图，但它最终成为了一种具有独特优势的额外研究工具，对整个生命科学行业的科学家来说非常有用。例如，磁性可以方便地操作和检查单个感兴趣的细胞。展望未来，在最初计划的多模态成像的基础上，增加的灵敏度和光稳定性在诊断、靶向药物输送和治疗方面具有巨大的潜在影响。

格林说:“这项技术可以进行长期跟踪，观察新的疾病状态，以及我们以前甚至无法进行的研究。”“这对缩短患者在一系列疾病诊断中的等待时间具有重大意义。”

cpn的真正功能仍处于婴儿期肯定会在以后实现，届时各个实验室都在使用它们，并围绕这个平台建造自己的机器，以创造自己新颖的成像和治疗技术。但现在，它是在体外cpn的应用引起了轰动。

工艺创新中心(CPI)是一家位于英格兰东北部的英国技术创新中心，该中心开发了一种扩大cpn规模的新工艺。在欧洲区域发展基金的工程表面和材料中小企业外联支持计划的资助下，现在需要更多的资金来满足来自世界各地科学家的需求。

CPI在纳米颗粒配方方面的专业知识使四种不同波长的cpn得以生产，不久将通过全球生命科学公司的分销网络提供给世界各地的实验室。虽然Stream Bio最初提供这四种颜色，但其他波长的产品正在开发中，包括在光谱的红外端发出荧光的产品。cpn的商业化可能会彻底改变基本的分子成像和技术，如流式细胞术、Fish、Fret、Elisa和western blotting等。

虽然量子点似乎不会用于医学，但格林从电子技术到今天的cpn的努力证明了跨部门应用成功的创新可以带来新的创新技术，这是不可能单独开发的。得益于屏幕和显示电子技术，从良好的光稳定性、灵敏度和寿命，到通过磁性进行靶向和操作的能力，CPN技术的崛起将很好地颠覆医学研究、诊断和治疗。